Fremstillingsteknologi af integrerede mikrokredsløb

Produktionen af ​​integrerede kredsløb består af en række operationer, hvorved det færdige produkt gradvist opnås fra udgangsmaterialerne. Antallet af teknologiske procesoperationer kan nå op på 200 eller mere, så vi vil kun overveje de grundlæggende.

Epitaksi er operationen med at dyrke et enkelt-krystal lag på et substrat, som gentager strukturen af ​​substratet og dets krystallografiske orientering. For at opnå epitaksiale film med en tykkelse på 1 til 15 μm anvendes sædvanligvis kloridmetoden, hvor halvlederwafere efter grundig rensning af overfladen for forskellige slags forurenende stoffer placeres i et kvartsrør med højfrekvent opvarmning, hvor wafers opvarmes til 1200 ± 3 °C. En strøm af brint med et lille indhold af siliciumtetrachlorid ledes gennem røret. Siliciumatomerne dannet i løbet af reaktionen optager pladser på krystalgitterets steder, på grund af hvilke den voksende film fortsætter krystalstrukturen af ​​substratet. Når gasformige donorforbindelser tilsættes til blandingen af ​​gasser, opnår det lag, der dyrkes, p-type ledningsevne.

Doping er operationen med at indføre urenheder i et substrat. Der er to dopingmetoder: urenhedsdiffusion og ionimplantation.

Diffusion af urenheder er bevægelsen af ​​partikler på grund af termisk bevægelse i retning af at reducere deres koncentration. Hovedmekanismen for indtrængning af urenhedsatomer i krystalgitteret består i deres successive bevægelse langs gitterfrirum. Diffusion af urenheder udføres i kvartsovne ved en temperatur på 1100-1200 °C, opretholdt med en nøjagtighed på ±0,5 °C. En neutral bæregas (N2 eller Ar) ledes gennem ovnen, som transporterer diffuserende partikler (B2O3 eller P2O5) til pladernes overflade, hvor der som følge af kemiske reaktioner frigives urenhedsatomer (B eller P). som diffunderer dybt ind i pladerne.

Iondoping er meget udbredt i skabelsen af ​​LSI og VLSI. Sammenlignet med diffusion tager ion-dopingprocessen mindre tid og gør det muligt at skabe lag med submikron vandrette dimensioner, mindre end 0,1 µm tykke, med høj parameterreproducerbarhed.

Termisk oxidation bruges til at opnå tynde film af siliciumdioxid SiO2, den er baseret på højtemperaturreaktioner af silicium med oxygen eller oxygenholdige stoffer. Oxidation foregår i kvartsovne ved en temperatur på 800-1200 °C med en nøjagtighed på ±1 °C.

Ætsning bruges til at rense overfladen af ​​halvlederskiver fra forskellige slags forurenende stoffer, fjerne SiO2-laget og også til at skabe riller og fordybninger på overfladen af ​​substraterne. Ætsning kan være både flydende og tør.

Væskeætsning udføres ved hjælp af syre eller alkali. Syreætsning bruges til fremstilling af siliciumwafers til fremstilling af mikrochipstrukturer for at opnå en spejlglat overflade samt for at fjerne SiO2-filmen og danne huller i den. Alkalisk ætsning bruges til at opnå riller og fordybninger.

Litografi er processen med at danne huller i masker, der bruges til lokal diffusion, ætsning, oxidation og andre operationer. Der er flere variationer af denne proces.

Fotolitografi er baseret på brug af lysfølsomme materialer - fotoresists, som kan være negative og positive. Negative fotoresists polymeriserer under påvirkning af lys og bliver modstandsdygtige over for ætsemidler. I positive fotoresists ødelægger lys tværtimod polymerkæderne, så de udsatte områder af fotoresisten ødelægges af ætsemidlet. Ved fremstilling af FPGA'er påføres et lag fotoresist på SiO2-overfladen, og ved fremstilling af GIS påføres det på et tyndt lag metal aflejret på et substrat eller på en tynd metalplade, der fungerer som en aftagelig maske.

Det nødvendige mønster af IC-elementer opnås ved at bestråle fotoresisten med lys gennem en fotomaske, som er en glasplade, på den ene side af hvilken der er et positivt eller negativt mønster af IC-elementer i en 1:1-skala. I produktionen af ​​IC'er bruges flere fotomasker, som hver sætter mønstret for bestemte lag (basis- og emitterområder, kontaktledninger osv.).

Efter bestråling med lys fjernes de ikke-polymeriserede områder af fotoresisten med et ætsemiddel, og en fotoresistiv maske dannes på overfladen af ​​SiO2 (eller en metalfilm).

Røntgenlitografi anvender bløde røntgenstråler med en bølgelængde på omkring 1 nm, hvilket gør det muligt at opnå D » 0,1 µm. I dette tilfælde er fotomasken en membran (ca. 5 μm) transparent for røntgenstråler, hvorpå et mønster af IC-elementer er skabt ved elektronstrålelitografi.

Ionstrålelitografi bruger bestråling af en resist med en ionstråle. Resistens følsomhed over for ionbestråling er mange gange højere end for elektronbestråling, hvilket gør det muligt at bruge stråler med lave strømme og følgelig en lille diameter (op til 0,01 μm). Ionstrålelitografisystemet er teknologisk kompatibelt med iondopingenheder.

3 TEKNOLOGISK GRUNDLAG FOR PRODUKTION

HALVLEDER INTEGRERET MIKROCIRCUIT

Teknologien til produktion af halvleder-integrerede kredsløb (SSIMS) er udviklet på basis af planar transistor-teknologi. Derfor, for at forstå de teknologiske cyklusser ved fremstilling af IC'er, er det nødvendigt at sætte dig ind i de typiske teknologiske processer, som disse cyklusser består af.

3.1 Forberedende operationer

Enkeltkrystal silicium ingots, som andre halvledere, opnås normalt ved krystallisation fra en smelte - Czochralski metode. Med denne metode løftes en podet stang (i form af en enkelt krystal af silicium) efter kontakt med smelten langsomt med samtidig rotation. I dette tilfælde trækkes den voksende og størknende barre efter frøet ud.

Den krystallografiske orientering af barren (dens tværsnit) bestemmes af frøets krystallografiske orientering. Oftere end andre anvendes barrer med et tværsnit, der ligger i planet (111) eller (100).

Den typiske diameter af barrer er i øjeblikket 80 mm, og den maksimale diameter kan nå 300 mm eller mere. Længden af ​​barrer kan nå 1-1,5 m, men normalt er den flere gange mindre.

Siliciumbarre skæres i mange tynde plader (0,4-1,0 mm tykke), hvorpå der så laves integrerede kredsløb. Overfladen af ​​pladerne efter skæring er meget ujævn: dimensionerne af ridser, fremspring og gruber overstiger langt dimensionerne af fremtidige IC-elementer. Derfor, før starten af ​​de vigtigste teknologiske operationer, bliver pladerne gentagne gange slibet og derefter poleret. Formålet med slibning er, udover at fjerne mekaniske defekter, også at sikre den nødvendige tykkelse af pladen (200-500 mikron), som er uopnåelig under skæring, og planernes parallelitet. Ved afslutningen af ​​slibningen forbliver der stadig et mekanisk forstyrret lag flere mikrometer tykt på overfladen, hvorunder der er et endnu tyndere, såkaldt fysisk forstyrret lag. Sidstnævnte er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​"usynlige" forvrængninger af krystalgitteret og mekaniske spændinger, der opstår under slibningsprocessen.

Polering består i at fjerne både beskadigede lag og reducere overfladeuregelmæssigheder til det niveau, der er karakteristisk for optiske systemer - hundrededele af en mikrometer. Ud over mekanisk polering anvendes kemisk polering (ætsning), dvs. i det væsentlige opløsning af halvlederens overfladelag i visse reagenser. Fremspringene og revnerne på overfladen ætses hurtigere end grundmaterialet, og overfladen jævnes generelt.

En vigtig proces inden for halvlederteknologi er også rensning af overfladen fra forurening med organiske stoffer, især fedtstoffer. Rengøring og affedtning udføres i organiske opløsningsmidler (toluen, acetone, ethylalkohol osv.) ved forhøjede temperaturer.

Ætsning, rengøring og mange andre processer ledsages af indvaskning af pladerne deioniseret vand.

3.2 Epitaksi

epitaksi kaldet processen med at dyrke enkeltkrystallag på et substrat, hvor den krystallografiske orientering af det lag, der dyrkes, gentager den krystallografiske orientering af substratet.

I øjeblikket bruges epitaksi normalt til at opnå tynde arbejdslag op til 15 µm af en homogen halvleder på et relativt tykt substrat, som spiller rollen som en bærende struktur.

Typisk - chlorid epitaksiprocessen i forhold til silicium er som følger (figur 3.1). Monokrystallinske siliciumwafers fyldes i en "båd"-digel og placeres i et kvartsrør. En strøm af brint ledes gennem røret, indeholdende en lille blanding af siliciumtetrachlorid SiCl4. Ved høj temperatur (ca. 1200°C) sker reaktionen SiCl4 + 2H2 = Si + 4HC1 på overfladen af ​​pladerne.

Som et resultat af reaktionen, et lag af ren

silicium, og HCl-damp føres væk af en brintstrøm. Det epitaksiale lag af aflejret silicium er enkeltkrystal og har samme krystallografiske orientering som substratet. Den kemiske reaktion, på grund af valg af temperatur, sker kun på pladens overflade og ikke i det omgivende rum.

Figur 3.1 - Epitaksiproces

Den proces, der foregår i en gasstrøm, kaldes gas transport reaktion og hovedgassen (i dette tilfælde brint), som fører urenheden til reaktionszonen, er bæregas.

Hvis par af fosforforbindelser (РН3) eller borforbindelser (В2Н6) tilsættes til siliciumtetrachloriddampe, vil det epitaksiale lag ikke længere have sin egen, men følgelig elektronisk eller hulledningsevne (figur 3.2a), da donoratomer vil indføres i det aflejrede silicium under reaktionen phosphor- eller acceptorboratomer.

Således gør epitaksi det muligt at vokse på et substrat enkeltkrystallag af enhver type ledningsevne og enhver resistivitet, med enhver type og værdi af ledningsevne, for eksempel viser figur 3.2a et n-lag, og du kan danne et n+ eller p+ lag.

Figur 3.2 - Underlag med epitaksiale og oxidfilm

Grænsen mellem det epitaksiale lag og substratet viser sig ikke at være helt skarp, da urenheder delvist diffunderer fra et lag til et andet under epitaksiprocessen. Denne omstændighed gør det vanskeligt at skabe ultratynde (mindre end 1 μm) og flerlags epitaksiale strukturer. Hovedrollen i øjeblikket spilles af enkeltlags epitaksi. Det udvidede arsenalet af halvlederteknologi betydeligt; opnåelse af sådanne tynde homogene lag, som epitaksi giver, er umuligt på anden måde.

I figur 3.2a og følgende er den lodrette skala ikke overholdt.

I installationen vist i figur 3.1 er der tilvejebragt nogle yderligere operationer: udrensning af røret med nitrogen og overfladisk ætsning af siliciumoverfladen i HCl-damp (til rengøringsformål). Disse operationer udføres før starten af ​​de vigtigste.

Den epitaksiale film kan afvige fra substratet i kemisk sammensætning. Metoden til at opnå sådanne film kaldes heteroepitaxi, I modsætning til homoepitaksi, beskrevet ovenfor. I heteroepitaxy skal både film- og substratmaterialerne naturligvis stadig have det samme krystalgitter. For eksempel kan en siliciumfilm dyrkes på et safirsubstrat.

Afslutningsvis bemærker vi, at der ud over den beskrevne gasepitaksi er flydende epitaksi, hvor væksten af ​​et enkeltkrystallag udføres fra væskefasen, dvs. fra en opløsning, der indeholder de nødvendige komponenter.

3.3 Termisk oxidation

Siliciumoxidation er en af ​​de mest karakteristiske processer i teknologien til moderne FPIM'er. Den resulterende film af siliciumdioxid SiO2 (figur 3.2b) udfører flere vigtige funktioner, herunder:

beskyttelsesfunktion - passivering overflade og især beskyttelse af lodrette sektioner s - n overgange, der kommer til overfladen;

Maskefunktionen, gennem vinduerne, hvori de nødvendige urenheder indføres ved diffusion (figur 3.4b);

Funktionen af ​​et tyndt dielektrikum under gate af en MOSFET eller kondensator (figur 4.15 og 4.18c);

Dielektrisk base til at forbinde elementerne i PCB IC med en metalfilm (figur 4.1).

Siliciumoverfladen er altid dækket af sin "egen" oxidfilm, som følge af "naturlig" oxidation ved de laveste temperaturer. Denne film er dog for tynd (ca. 5 nm) til at udføre nogen af ​​de anførte funktioner. Derfor opnås tykkere SiO2-film kunstigt ved produktion af halvleder-IC'er.

Kunstig oxidation af silicium udføres normalt ved høj temperatur (°C). En sådan termisk oxidation kan udføres i en oxygenatmosfære. (tør oxidation), i en blanding af ilt og vanddamp ( våd oxidation) eller blot i vanddamp.

I alle tilfælde udføres processen i oxiderende ovne. Grundlaget for sådanne ovne er, som i epitaksi, et kvartsrør, hvori en "båd" med siliciumplader er anbragt, opvarmet enten af ​​højfrekvente strømme eller på anden måde. En strøm af ilt (tør eller befugtet) eller vanddamp ledes gennem røret, som reagerer med silicium i højtemperaturzonen. Den således opnåede SiO2-film har en amorf struktur (figur 3.2b).

Det er klart, at oxidets væksthastighed skal falde med tiden, da nye iltatomer skal diffundere gennem et stadig mere tykt oxidlag. Den semi-empiriske formel, der relaterer tykkelsen af ​​oxidfilmen til tidspunktet for termisk oxidation, har formen:

hvor k - parameter afhængig af iltens temperatur og luftfugtighed.

Tør oxidation er ti gange langsommere end våd oxidation. For eksempel tager det omkring 5 timer at dyrke en SiO2-film 0,5 μm tyk i tør ilt ved 1000°C og kun 20 minutter i våd ilt. Kvaliteten af ​​film opnået i fugtigt oxygen er imidlertid lavere. Med et fald i temperaturen for hver 100 ° C, øges oxidationstiden med 2-3 gange.

I IC-teknologi skelnes der mellem "tykke" og "tynde" SiO2-oxider. Tykke oxider ( d = 0,7-1,0 mikron) udfører funktionerne beskyttelse og maskering og tynd (d = 0,1-0,2 µm) - gate dielektriske funktioner i MOSFET'er og kondensatorer.

Et af de vigtige problemer ved at dyrke en SiO2-film er at sikre dens ensartethed. Afhængigt af kvaliteten af ​​waferoverfladen, reagensernes renhed og vækstregimet opstår der nogle eller andre problemer i filmen. defekter. En almindelig type defekter er mikro- og makroporer, op til gennemgående huller (især i tyndt oxid).

Kvaliteten af ​​oxidfilmen stiger med et fald i dens væksttemperatur såvel som ved brug af tør oxygen. Derfor opnås et tyndt gate-oxid, hvis kvalitet bestemmer stabiliteten af ​​MOS-transistorparametrene, ved tør oxidation. Ved dyrkning af et tykt oxid skiftes tør og våd oxidation: den første sikrer fravær af defekter, og den anden gør det muligt at reducere procestiden.

Andre metoder til at opnå en SiO2-film er diskuteret i.

3.4 Litografi

Masker indtager en vigtig plads i teknologien til halvlederenheder: de sikrer den lokale karakter af aflejring, doping, ætsning og i nogle tilfælde epitaksi. Hver maske indeholder et sæt præ-designede huller - vinduer. Produktionen af ​​sådanne vinduer er litografiens opgave(gravering). Den førende plads inden for maskefremstillingsteknologi fastholdes fotolitografi og elektronlitografi.

3.4.1. Fotolitografi. Fotolitografi er baseret på brugen af ​​materialer kaldet fotoresists. Dette er en type fotografisk emulsion kendt i konventionel fotografering. Fotoresister er følsomme over for ultraviolet lys, så de kan behandles i et rum, der ikke er særlig mørkt.

Fotoresists er negativ og positiv. Negative fotoresists polymeriserer under påvirkning af lys og bliver modstandsdygtige over for ætsemidler (sure eller basiske). Det betyder, at efter lokal eksponering vil ikke-eksponerede områder blive ætset (som i et almindeligt fotonegativ). I positive fotoresists ødelægger lys tværtimod polymerkæder, og derfor vil oplyste områder blive ætset.

Tegningen af ​​den fremtidige maske er lavet i form af den såkaldte pho­ til skabelon. Fotomasken er en tyk glasplade, hvor der på den ene side er påført en tynd uigennemsigtig film med det nødvendige tegning i form af gennemsigtige huller. Dimensionerne af disse huller (tegningselementer) i en skala fra 1: 1 svarer til dimensionerne af fremtidige IC-elementer, dvs. de kan være 20-50 mikron eller mindre (op til 2-3 mikron). Da IC'er er lavet ved en gruppemetode, placeres mange af den samme type tegninger på fotomasken langs "rækkerne" og "kolonnerne". Størrelsen af ​​hver tegning svarer til størrelsen af ​​den fremtidige IC-chip.

Fotolitografiprocessen til at opnå vinduer i SiO2-oxidmasken, der dækker overfladen af ​​en siliciumwafer, er som følger (figur 3.3). På den oxiderede overflade af pladen påføres for eksempel en negativ fotoresist (FR). En FS-fotomaske påføres en plade belagt med en fotoresist (med et mønster til fotoresisten) og udsættes for ultraviolette (UV) stråler fra en kvartslampe (figur 3.3a). Derefter fjernes fotomasken, og fotoresisten fremkaldes og fikseres.

Hvis der anvendes en positiv fotoresist, opnås der efter fremkaldelse og fiksering (som består i hærdning og varmebehandling af fotoresisten), vinduer i den på de steder, der svarer til de gennemsigtige områder på fotomasken.

Som de siger, billede flyttet fra fotomaske til fotoresist. Nu er fotoresistlaget en maske, der passer tæt mod oxidlaget (figur 3.3b).

Gennem en fotoresistiv maske ætses oxidlaget op til silicium (dette ætsemiddel påvirker ikke silicium). Flussyre og dens salte bruges som et ætsemiddel. Som et resultat overføres mønsteret fra fotoresisten til oxidet. Efter fjernelse (ætsning) af den fotoresistive maske er slutresultatet af fotolitografi en siliciumwafer dækket med en oxidmaske med vinduer (figur 3.3c). Diffusion, ionimplantation, ætsning osv. kan udføres gennem vinduer.

Figur 3.3 - Processen med fotolitografi

I de teknologiske cyklusser for fremstilling af IC-elementer bruges fotolitografiprocessen gentagne gange (separat til opnåelse af basislag, emittere, ohmske kontakter osv.). I dette tilfælde opstår det såkaldte fotomaskejusteringsproblem. Ved gentagen brug af fotolitografi (op til 5-7 gange i PPIMS-teknologien) når justeringstolerancen brøkdele af en mikron. Kombinationsteknikken består i at lave specielle "mærker" (for eksempel kryds eller firkanter) på fotomaskerne, som bliver til et mønster på oxid og skinner igennem en tynd film af fotoresist. Påføring af den næste fotomaske, på den mest nøjagtige måde (under et mikroskop) kombineres mærkerne på oxidet med lignende mærker på fotomasken.

Den overvejede proces med fotolitografi er typisk for opnåelse af oxidmasker på siliciumwafers med henblik på efterfølgende lokal diffusion. I dette tilfælde er den fotoresistive maske mellemliggende, hjælpefunktion, da den ikke kan modstå den høje temperatur, ved hvilken diffusion udføres. Men i nogle tilfælde, når processen kører ved lav temperatur, kan fotoresistive masker være grundlæggende - arbejde. Et eksempel er processen med at skabe metalledninger i halvleder-IC'er.

Når du bruger en fotomaske, bliver dens emulsionslag slidt (sletter) efter 15-20 påføringer. Levetiden for fotomasker kan øges med to størrelsesordener eller mere ved metallisering: udskiftning af emulsionsfilmen med en film af slidbestandigt metal, sædvanligvis krom.

Fotomasker fremstilles i sæt i henhold til antallet af fotolitografioperationer i den teknologiske cyklus. Inden for sættet er fotomaskerne koordineret, dvs. de sikrer justeringen af ​​mønstrene, når de tilsvarende mærker er justeret.

3.4.2 Elektrolitografi. De beskrevne metoder har længe været et af grundlaget for mikroelektronisk teknologi. De har stadig ikke mistet deres betydning. Men da integrationsgraden steg og størrelsen af ​​IS-elementer faldt, opstod der en række problemer, som allerede er delvist løst, og delvist er under undersøgelse.

En af de grundlæggende begrænsninger bekymringer løsning, dvs. minimumsdimensionerne i det genererede maskemønster. Faktum er, at bølgelængderne af ultraviolet lys er 0,3-0,4 mikron. Derfor, uanset hvor lille hullet i fotomaskemønsteret er, kan dimensionerne af billedet af dette hul i fotoresisten ikke nå de angivne værdier (på grund af diffraktion). Derfor er minimumsbredden af ​​elementerne omkring 2 mikron, og ved dyb ultraviolet (bølgelængde 0,2-0,3 mikron) - omkring 1 mikron. I mellemtiden er størrelser i størrelsesordenen 1-2 μm allerede ikke små nok, når man laver store og superstore IC'er.

Den mest oplagte måde at øge opløsningen af ​​litografi på er at bruge kortere bølgelængdestråling under eksponering.

I de senere år er der blevet udviklet metoder elektronisk litografi . Deres essens er, at en fokuseret stråle af elektroner Scan(dvs. de flyttes "linje for linje") over overfladen af ​​pladen belagt med en elektronresist, og stråleintensiteten styres i overensstemmelse med et givet program. På de punkter, der skal "belyses", er strålestrømmen maksimal, og på dem, der skal være "mørket", er den lig nul. Elektronstrålens diameter er i direkte proportion til strømmen i strålen: Jo mindre diameter, jo lavere er strømmen. Men efterhånden som strømmen falder, øges eksponeringstiden. Derfor er en stigning i opløsning (et fald i strålediameteren) ledsaget af en stigning i processens varighed. For eksempel, med en strålediameter på 0,2-0,5 μm, kan scanningstiden for waferen, afhængig af typen af ​​electronoresist og størrelsen af ​​waferen, variere fra snesevis af minutter til flere timer.

En af varianterne af elektronlitografi er baseret på afvisning af elektron-resistive masker og involverer virkningen af ​​en elektronstråle direkte på oxidlaget af SiO2. Det viser sig, at på stederne med "flare" er dette lag efterfølgende ætset flere gange hurtigere end i de "mørkede" områder.

Minimumsdimensionerne for elektronlitografi er 0,2 µm, selvom det maksimalt opnåelige er 0,1 µm.

Andre metoder til litografi er under undersøgelse, for eksempel giver bløde røntgenstråler (med bølgelængder på 1-2 nm) mulighed for at opnå minimumsdimensioner på 0,1 µm, og ionstrålelitografi 0,03 µm.

3.5 Doping

Introduktionen af ​​urenheder i den originale wafer (eller i det epitaksiale lag) ved diffusion ved høj temperatur er den indledende og stadig vigtigste metode til doping af halvledere for at skabe transistorstrukturer og andre elementer baseret på dem. Men for nylig er en anden metode til doping, ionimplantation, blevet udbredt.

3.5.1 Diffusionsmetoder. Diffusion kan være generel og lokal. I det første tilfælde udføres det over hele pladens overflade (figur 3.4a), og i det andet - i visse områder af pladen gennem vinduer i masken, for eksempel i et tykt lag af SiO2 (figur 3.4b) .

Generel diffusion fører til dannelsen af ​​et tyndt diffusionslag i waferen, som adskiller sig fra epitaksiallaget ved en inhomogen (i dybden) urenhedsfordeling (se N(x) kurver i figur 3.6a og b).

Figur 3.4 - Generel og lokal diffusion

I tilfælde af lokal diffusion (figur 3.4b) spredes urenheden ikke kun i dybden af ​​pladen, men også i alle vinkelrette retninger, dvs. under masken. Som et resultat af denne såkaldte laterale diffusion viser det sig, at området af p-n-overgangen, der kommer til overfladen, er "automatisk" beskyttet af oxid . Forholdet mellem dybden af ​​lateral og hoved -

"vertikal" diffusion afhænger af en række faktorer, herunder dybden af ​​diffusionslaget . En værdi på 0,8×L kan betragtes som typisk for dybden af ​​lateral diffusion .

Diffusion kan udføres én gang eller gentagne gange. For eksempel, under den 1. diffusion, kan en acceptorurenhed indføres i den originale n-type plade, og et p-lag kan opnås, og derefter, under den 2. diffusion, kan en donorurenhed indføres i det resulterende p-lag (til en mindre dybde) og derved give en tre-lags struktur. Derfor skelnes der mellem dobbelt- og tredobbelt diffusion (se afsnit 4.2).

Når der udføres multipel diffusion, skal man huske på, at koncentrationen af ​​hver ny indført urenhed skal overstige koncentrationen af ​​den foregående, ellers vil typen af ​​ledningsevne ikke ændre sig, hvilket betyder, at der ikke dannes en p-n-forbindelse. I mellemtiden kan urenhedskoncentrationen i silicium (eller andet kildemateriale) ikke være vilkårligt stor: den er begrænset af en speciel parameter - grænse urenheds opløselighedNS. Den begrænsende opløselighed afhænger af temperaturen. Ved en bestemt temperatur når den en maksimumværdi og falder derefter igen. De maksimale begrænsende opløseligheder sammen med de tilsvarende temperaturer er angivet i tabel 3.1.

Tabel 3.1

Derfor, hvis der udføres multipel diffusion, så er det for den sidste diffusion nødvendigt at vælge et materiale med den maksimale begrænsende opløselighed. Da rækken af ​​urenhedsmaterialer er begrænset,

det er ikke muligt at give mere end 3 på hinanden følgende diffusioner.

Urenheder introduceret ved diffusion kaldes diffusorer(bor, fosfor osv.). Kilderne til diffusanter er deres kemiske forbindelser. Disse kan være væsker (ВВr3, ROSl), faste stoffer (В2О3, P2O5) eller gasser (В2Н6, РН3).

Inkorporeringen af ​​urenheder udføres sædvanligvis ved hjælp af gastransportreaktioner, på samme måde som ved epitaksi og oxidation. Til dette, enten enkelt-zone eller to-zone diffusionsovne.

To-zone ovne anvendes i tilfælde af faste diffusanter. I sådanne ovne (figur 3.5) er der to højtemperaturzoner, den ene til fordampning af diffusantkilden, den anden til selve diffusionen.

Figur 3.5 - Diffusionsproces

De diffuserende kildedampe opnået i 1. zone blandes med strømmen af ​​en neutral bæregas (f.eks. argon) og når sammen med den 2. zone, hvor siliciumskiverne er placeret. Temperaturen i 2. zone er højere end i 1. zone. Her indføres de diffuserende atomer i pladerne, mens andre komponenter i den kemiske forbindelse føres væk af bæregassen fra zonen.

I tilfælde af flydende og gasformige diffuserende kilder er der ikke behov for deres højtemperaturfordampning. Derfor anvendes enkelt-zone ovne, som i epitaksi, hvor diffusantkilden kommer ind i allerede i en gasformig tilstand.

Ved anvendelse af flydende diffusionskilder udføres diffusion i et oxiderende miljø ved at tilsætte oxygen til bæregassen. Oxygen oxiderer siliciumoverfladen og danner oxid SiO2, dvs. i det væsentlige glas. Ved tilstedeværelse af en diffusant (bor eller fosfor), borosilikat eller phosphosilikat glas. Ved temperaturer over 1000°C er disse glas i flydende tilstand, der dækker siliciumoverfladen med en tynd film. , således at diffusionen af ​​urenheden strengt taget udgår fra væskefasen. Efter størkning beskytter glasset siliciumoverfladen ved diffusionspunkter,

i oxidmaskevinduer. Ved brug af faste kilder til diffusant - oxider - sker dannelsen af ​​glas i diffusionsprocessen uden specielt indført oxygen.

Der er to tilfælde af urenhedsfordeling i diffusionslaget.

1 Tilfældet med en ubegrænset kilde til urenhed. I dette tilfælde strømmer diffusanten kontinuerligt til pladen, således at urenhedskoncentrationen i dens overfladenære lag holdes konstant lig med NS. Efterhånden som diffusionstiden øges, øges diffusionslagets dybde (figur 3.6a).

2 Tilfældet med en begrænset urenhedskilde. I dette tilfælde indføres først en vis mængde diffuserende atomer i pladens tynde overfladenære lag (tid t1), og derefter slukkes diffusantkilden, og urenhedsatomerne omfordeles over pladens dybde med deres samlede antal uændret (figur 3.6b). I dette tilfælde falder urenhedskoncentrationen på overfladen, mens diffusionslagets dybde øges (kurver t2 og t3). Den første fase af processen kaldes "tvinge", den anden - "destillation" af urenheden.

Figur 3.6 - Diffusorfordeling

3.5.2 Ionimplantation.

Ionimplantation er en metode til doping af en plade (eller et epitaksialt lag) ved at bombardere urenheder accelereret til en energi, der er tilstrækkelig til at trænge ind i dybden af ​​et fast stof.

Ioniseringen af ​​urenhedsatomer, accelerationen af ​​ioner og fokuseringen af ​​ionstrålen udføres i særlige faciliteter såsom partikelacceleratorer i kernefysik. De samme materialer bruges som urenheder som ved diffusion.

Dybden af ​​ionpenetration afhænger af deres energi og masse. Jo større energi, jo større er tykkelsen af ​​det implanterede lag. Men efterhånden som energien stiger, stiger mængden også strålingsfejl i krystallen, dvs. dens elektriske parametre forringes. Derfor er ionenergien begrænset til 100–150 keV. Det nederste niveau er 5-10 keV. Med et sådant energiområde ligger dybden af ​​lagene i området 0,1 - 0,4 μm, dvs. den er meget mindre end den typiske dybde af diffusionslag.

Urenhedskoncentrationen i det implanterede lag afhænger af strømtætheden i ionstrålen og procestiden, eller, som man siger, på udstillingstid-stillinger. Afhængigt af strømtætheden og den ønskede koncentration varierer eksponeringstiden fra nogle få sekunder til 3-5 minutter eller mere (nogle gange op til

1-2 timer). Jo længere eksponeringstiden er, jo større er antallet af strålingsfejl.

En typisk urenhedsfordeling under ionimplantation er vist i figur 3.6c som en solid kurve. Som vi kan se, adskiller denne fordeling sig væsentligt fra diffusionsfordelingen ved tilstedeværelsen af ​​et maksimum i en vis dybde.

Da arealet af ionstrålen (1-2 mm2) er mindre end pladens (og nogle gange krystallens) areal, skal man Scan stråle, dvs. flyt den jævnt eller "i trin" (ved hjælp af specielle afbøjningssystemer) en efter en langs alle "rækkerne" af pladen, hvorpå individuelle IC'er er placeret.

Efter afslutning af legeringsprocessen skal pladen udsættes for udglødning ved en temperatur på ° C for at bestille siliciumkrystalgitteret og eliminere (i det mindste delvist) de uundgåelige strålingsfejl. Ved udglødningstemperaturen ændrer diffusionsprocesser fordelingsprofilen noget (se den stiplede kurve i figur 3.6c).

Ionimplantation udføres gennem masker, hvor ionvejen skal være meget kortere end i silicium. Materialet til masker kan være siliciumdioxid eller aluminium, der er almindeligt i IC'er. Samtidig er en vigtig fordel ved ionimplantation, at ioner, der bevæger sig i en lige linje, kun trænger ind i pladens dybde, og der er praktisk talt ingen analogi med lateral diffusion (under masken).

I princippet kan ionimplantation, ligesom diffusion, udføres gentagne gange ved at "indlejre" et lag i et andet. Kombinationen af ​​energier, eksponeringstider og udglødningstilstande, der kræves til flere implantationer, viser sig imidlertid at være vanskelig. Derfor har ionimplantation fået hovedfordelingen i skabelsen af ​​tynde enkeltlag.

3.6 Afsætning af tynde film

Tynde film er ikke kun grundlaget for tynd-film hybrid IC'er, men er også meget udbredt i halvleder integrerede kredsløb. Derfor er metoder til opnåelse af tynde film blandt de generelle spørgsmål ved mikroelektronikteknologi.

Der er tre hovedmetoder til at afsætte tynde film på et substrat og oven på hinanden: termisk(vakuum) og ion-plasma sprøjtning, som har to varianter: katodeforstøvning og faktisk ion-plasma.

3.6.1 Termisk (vakuum) sprøjtning.

Princippet for denne sputtermetode er vist i figur 3.7a. En metal- eller glashætte 1 er placeret på bundpladen 2. Mellem dem er der en pakning 3, som sikrer, at vakuumet opretholdes, efter at luften er blevet evakueret fra hætterummet. Substratet 4, hvorpå afsætningen udføres, er fastgjort på holderen 5 . Ved siden af ​​holderen er opvarmning (sputtering udføres på et opvarmet underlag). Fordamperen 7 indbefatter et varmelegeme og en kilde til sprøjtemateriale. Rotationsspjæld 8 blokerer for dampstrømmen fra fordamperen til underlaget: aflejringen varer i det tidsrum, hvor spjældet er åbent.

Varmelegemet er normalt en glødetråd eller en spiral lavet af et ildfast metal (wolfram, molybdæn osv.), hvorigennem en tilstrækkelig stor strøm føres. Kilden til det sprøjtede stof er forbundet med varmeren på forskellige måder: i form af beslag ("hussar"), hængt på filamentet; i form af små stænger dækket af en spiral, i form af et pulver, hældt i

Figur 3.7 - Anvendelse af film

en digel opvarmet af en spiral osv. I stedet for filamenter har man for nyligt brugt opvarmning ved hjælp af en elektronstråle eller en laserstråle.

De mest gunstige betingelser for dampkondensering skabes på underlaget, selvom der også forekommer delvis kondens på emhættens vægge. For lav substrattemperatur forhindrer den ensartede fordeling af adsorberede atomer: de er grupperet i "øer" af forskellig tykkelse, ofte ikke forbundet med hinanden. Tværtimod fører for høj substrattemperatur til løsrivelse af nyligt bundfældede atomer, til deres "genfordampning". For at opnå en film af høj kvalitet skal substratets temperatur derfor ligge inden for visse optimale grænser (normalt 200-400°C). Filmvæksthastigheden, afhængig af en række faktorer (substrattemperatur, afstand fra fordamper til substrat, type af aflejret materiale osv.), varierer fra tiendedele til titusinder af nanometer pr. sekund.

Vedhæftningsstyrken - vedhæftning af en film til et underlag eller anden film - kaldes vedhæftning. Nogle almindelige materialer (såsom guld) har dårlig vedhæftning til typiske underlag, herunder silicium. I sådanne tilfælde vil den såkaldte underlag, som er kendetegnet ved god vedhæftning, og derefter sprøjtes et basismateriale på, som også har god vedhæftning til underlaget. For eksempel for guld kan underlaget være nikkel eller titanium.

For at atomerne i det aflejrede materiale, der flyver fra fordamperen til substratet, skal opleve det mindste antal kollisioner med atomerne i restgassen og dermed den mindste spredning, skal der tilvejebringes et tilstrækkeligt højt vakuum i rummet under kasket. Kriteriet for det nødvendige vakuum kan være betingelsen om, at den gennemsnitlige frie vej for atomer er flere gange større end afstanden mellem fordamperen og substratet. Imidlertid er denne betingelse ofte utilstrækkelig, da enhver mængde resterende gas er fyldt med forurening af den aflejrede film og ændringer i dens egenskaber. Derfor skal vakuumet i termiske sprøjteinstallationer i princippet være så højt som muligt. Vakuumet er i øjeblikket under 10-6 mmHg. Kunst. anses for uacceptabelt, og i en række førsteklasses forstøvningsinstallationer er det bragt op på 10-11 mm Hg. Kunst.

Princippet om dannelse af mikrokredsløbsstrukturer. Elektronisk vakuumhygiejne

Grundlæggende principper for integreret teknologi. Lokalitetsprincippet. Princippet om lagdeling. Støvet luftmiljø. Luftens temperatur og fugtighed. Rengøring af lokaler og lokale mængder. Modulære rene værelser.

Vand, gasser og gasformige medier, der anvendes til produktion af IC'er

Behovet for at bruge rent vand, gas og gasblandinger. Renlighed af udstyr, lokaler og personlig hygiejne for arbejdere.

Krav til teknologiske processer. Krav til betingelserne for produktion af mikroelektroniske enheder

Pålidelighed. Rentabilitet. Sikkerhed. Fremstillingsevne. Behovet for at udvikle design og teknologisk dokumentation.

Forberedelse af ingots og skæring af dem i wafers

Ingot orientering. Dannelse af basissnittet. Skæring af barrer i plader.

Bearbejdning af plader. Slibende materialer og værktøjer

Nødvendigheden og essensen af ​​bearbejdning af plader. Slibende materialer og værktøjer til slibning og polering af plader.

Slibning og affasning, polering af plader

Pladeslibning. Pladepolering. Affasning fjernelse. Metoder og teknologi

9Kvalitetskontrol af wafere og underlag efter bearbejdning

Måling af pladernes geometriske dimensioner efter bearbejdning. Overfladekvalitetskontrol af plader. Måling af højden af ​​mikroruheder på pladen.

10Rengøring af pladerne. Metoder og midler

Klassificering af forurenende stoffer og rengøringsmetoder. Affedtning ved nedsænkning, stråle osv. Metoder til overvågning af pladernes overfladerenhed.

11Kemisk behandling og rensning af pladernes overflade. Intensivering af rengøringsprocesser

Affedtning i opløsningsmidler, affedtning i opløsningsmiddeldampe, affedtning i vaskemiddelpulvere, i alkalier, i peroxid-ammoniakopløsninger. Ultralydsaffedtning, hydromekanisk rensning, strålerensning, kogning mv.

Pladeætsning

Silicium ætsning kinetik. Selektiv og polerende ætsning. Afhængighed af ætsningshastigheden af ​​de anvendte materialers egenskaber.

13Krenseri. Gasudledning ved lavt tryk

Sprøjtekoefficient. Karakteristiske træk ved ætsning. Ion-stråle ætsning.

14Plasmaætsningsmetoder

Fysik af ionætsningsprocessen. Overfladesprøjteeffektivitet. Ætsning i diode- og triodekamre. Funktioner af deres design, fordele og ulemper.

15Ion-plasma og ion-stråle ætsning.

Reaktive metoder til plasmaætsning: ion-stråle og ion-plasma ætsning. Plasmaætsning ved hjælp af gasholdige blandinger.

16Plasma kemisk ætsning, reaktiv ion ætsning

plasma ætsning. Radikal plasma-kemisk ætsning. Reaktiv ion-plasma ætsning og ion-stråle ætsning Ætsningsanisotropi og selektivitet.

17 Faktorer, der bestemmer hastigheden og selektiviteten af ​​ætsning

Energi og indfaldsvinkel for ioner. Sammensætningen af ​​arbejdsgassen. Tryk, effekttæthed og frekvens. Strømningshastighed. Temperaturen på den behandlede overflade.

18Kvalitetskontrol af wafers og underlag

Pladeoverfladekontrol. Kvalitetskontrol af overfladerengøring (glødepunktsmetode, dropmetode, tribometrisk metode, indirekte metode).

19 Fototografi. Fotoresists. Fotolitografiske operationer

aktive gør modstand. Fotokemiske processer, der forekommer i fotoresisten ved bestråling af negative og positive fotoresists. Funktioner af operationer til opnåelse af et mønster på en fotoresistiv film.

20 Teknologi til fotolitografiske operationer

Metoder og essens af driften af ​​fotolitografi. Fotoresistive filmbehandlingstilstande og behovet for deres nøjagtige overholdelse.

21Berøringsfri fotolitografi. Begrænsninger af kontaktfotolitografi. Projektionsfotolitografi

Microgap fotolitografi. Projektionsfotolitografi med 1:1 billedtransmission og billedreduktion. Fysiske og tekniske begrænsninger ved kontaktfotolitografi.

22Termisk vakuumaflejring

Dannelsen af ​​en damp af et stof. Udbredelse af damp fra kilden til substraterne. Dampkondensering på underlagets overflade. Dannelse af en tynd film. Termisk vakuum sprøjteteknik. Fordele og ulemper ved metoden.

Varianter af metoder til opnåelse af oxidfilm på siliciumwafers

Termisk oxidation ved forhøjet tryk. Termisk oxidation med tilsætning af hydrogenchloriddampe. Valg af regimer og betingelser for dyrkning af termisk oxid.

26 Egenskaber af siliciumdioxid

Struktur af siliciumdioxid Faktorer, der påvirker porøsiteten af ​​siliciumdioxid.

Metallisering af strukturer

Krav til ohmske kontakter, strømførende spor og puder. Teknologi og funktioner i metallisering af strukturer.

Forberedelse af halvlederstrukturer til montage

Kontrol af færdige strukturer ved elektriske parametre. Limning af plader til en klæbende bærer. Krav til processen med at adskille wafers i krystaller. Diamant- og laserritning af plader og underlag. Ritplader med diamantskærer. Funktioner af processen, fordele og ulemper.

61 Orienterede pladeadskillelsesmetoder

Adskillelse af plader i krystaller med bevarelse af deres orientering. Funktioner af den teknologiske proces. Fordele og ulemper ved skiveskæring. Knække plader. Adskillelse af plader uden brug af yderligere brud

Shatalova V.V.

Spørgsmål udarbejdet af læreren

1. Malysheva I.A. Teknologi til fremstilling af integrerede kredsløb. - M .: Radio og kommunikation, 1991

2. Zee S. VLSI teknologi. - M.: Mir, 1986

3. Till U., Lakson J. Integrerede kredsløb, materialer, enheder, fremstilling. – M.: Mir, 1985.

4. Maller R., Keimins T. Elementer af integrerede kredsløb. – M.: Mir, 1989.

5. Koledov L.A. Teknologi og design af mikrokredsløb, mikroprocessorer og mikrosamlinger - M .: Lan-press LLC, 2008.

6. Onegin E.E. Automatisk IC-samling - Minsk: Higher school, 1990.

7. Chernyaev V.N. Teknologi til produktion af integrerede kredsløb og mikroprocessorer. - M .: Radio og kommunikation, 1987

8. Parfenov O.D. Mikrochipteknologi, - M .: Higher school, 1986.

9. Turtsevich A.S. Film af polykrystallinsk silicium i teknologien til produktion af integrerede kredsløb og halvlederenheder. - Minsk: Bel science, 2006.

10. Shchuka A.A. Nanoelektronik. – M.: Fizmatkniga, 2007.

Generelle egenskaber ved mikrokredsløbsproduktionsteknologi

Basale koncepter. Klassificering og karakteristika for integrerede kredsløb (IC'er). De vigtigste stadier af IC-fremstillingsteknologi, deres formål og rolle. Principper for integreret teknologi, metoder til fremstilling af mikrokredsløbsstrukturer, funktioner i IC-produktionsteknologi.

De vigtigste teknologiske processer, der anvendes til fremstilling af integrerede halvlederkredsløb, er oxidation, fotolitografi, diffusion, epitaksi og ion-doping.

Silicium oxidation. Denne proces er af stor betydning i teknologien til fremstilling af halvleder integrerede kredsløb. Siliciumdioxid Si02 er et glasagtigt oxid med samme kemiske sammensætning som kvartsglas. Disse oxider er gode isolatorer til individuelle kredsløbselementer, tjener som en maske, der forhindrer indtrængning af urenheder under diffusion, bruges til at beskytte overfladen og skabe aktive dielektriske elementer (for eksempel i MOSFET'er). De danner en ensartet kontinuerlig belægning på siliciumoverfladen, som let ætses og fjernes fra lokale områder. Re-oxidation giver beskyttelse P-N-overgang fra miljøpåvirkninger. De termiske udvidelseskoefficienter for silicium og siliciumdioxid er tæt på. Siliciumdioxid har god vedhæftning og er forholdsvis let at skabe på waferoverfladen.

Afhængigt af fremstillingsmetoden skelnes termiske og anodiske oxider.

Termiske oxider opnås ved opvarmningsaccelererede reaktioner af silicium med ilt og andre stoffer, der indeholder ilt. Sådanne oxider er ~1 µm tykke og har en høj densitet.

Den termiske oxidationsmetode har to varianter:

1) højtemperaturoxidation i en strøm af tør oxygen og befugtede gasser;

2) oxidation i vanddamp ved højt tryk (op til 50 MPa), ved relativt lave temperaturer (5OO...900°C).

Oxidation i en strøm af befugtede gasser udført i henhold til fig. 1.8. Siliciumwafers placeres i et kvartsrør, hvor temperaturen er sat til 1100°C. Den ene ende af røret er forbundet med en befugter (deioniseret vand), hvorigennem gas (argon, nitrogen osv.) ledes. Når luftfugteren er slukket, kommer tør ilt direkte ind i kvartsrøret. Oxidation udføres i følgende rækkefølge: foreløbig opbevaring i tør oxygen (~15 min); langtidsoxidation i fugtig ilt (2 timer) og endelig oxidation i tør ilt. Den første operation giver en stærk film af lille tykkelse. Termisk behandling i fugtigt ilt giver hurtig filmvækst (op til 1 μm), men dens tæthed er utilstrækkelig. Den efterfølgende behandling i tør oxygen fører til en fortætning af filmen og en forbedring af dens struktur.

Den mest almindeligt anvendte oxidtykkelse er tiendedele af en mikrometer, og den øvre grænse for tykkelse er 1 µm. Tilsætning af klorholdige komponenter til det oxiderede medium øger oxidationshastigheden og øger nedbrydningsintensiteten. Klorens hovedrolle er omdannelsen af ​​urenhedsatomer (kalium, natrium osv.), der ved et uheld kom ind i siliciumdioxid til elektrisk inaktive.

Oxidation af silicium i vanddamp ved højt tryk udføres i et kammer, hvis indre overflade er belagt med guld eller andet inert metal for at undgå uønskede reaktioner. Siliciumwafers og en vis mængde højrent vand placeres i kammeret, som opvarmes til oxidationstemperaturen (500...800°C). Filmtykkelsen afhænger af varigheden af ​​oxidation, tryk og vanddampkoncentration.

Kvaliteten af ​​oxidfilmen påvirkes af renheden af ​​arbejdsvolumenet, hvori processen udføres. Indtrængen af ​​selv en ubetydelig mængde urenhedsatomer kan ændre egenskaberne af materialet i det originale emne væsentligt. Den mest skadelige effekt udøves af kobberurenheder, hvis diffusionskoefficient i silicium er meget høj.

Af stor betydning er den præoxidative oprensning af silicium fra kontaminanter, der fører til diskontinuiteter i film. Fordelen ved højtryksoxidation er muligheden for at sænke procestemperaturen uden at øge varigheden.

Anode oxidation silicium har to modifikationer: oxidation i en flydende elektrolyt og i et gasplasma. Den anodiske oxidationsproces gør det muligt at opnå oxidfilm ved lavere temperaturer, hvilket begrænser omfordelingen af ​​urenheder i præformede diffusionsområder.

For at skabe mellemlagsisolering bruges oxidationsprocessen ikke, og de dielektriske lag opnås ved aflejring.

Siliciumdioxidfilm som beskyttende lag har følgende ulemper: 1) strukturporøsitet, som fører til muligheden for, at vanddamp og nogle urenheder trænger ind til den originale siliciumoverflade; 2) evnen af ​​atomer af en række elementer til at migrere gennem en siliciumdioxidfilm, hvilket fører til ustabilitet i egenskaberne af halvlederenheder.

Fotolitografi. Fotolitografi er processen med at danne et fotoresistbillede af kredsløbstopologien på substratdioxidoverfladen og derefter overføre det til substratet. I struktur falder det sammen med de metoder, der anvendes til dannelse af printkortledere. Denne proces har dog sine egne specifikationer på grund af kravene til høj opløsning og øgede krav til kvaliteten af ​​de anvendte materialer og miljøets renhed.

Fotoresister er tynde film af organiske opløsninger, som efter eksponering for ultraviolet lys skal have egenskaberne til at polymerisere og blive uopløselige. De vigtigste krav til fotoresist er høj opløsning, lysfølsomhed, modstandsdygtighed over for ætsemidler og forskellige kemiske opløsninger, god vedhæftning til produktets overflade.

Opløsningen af ​​en fotoresist er antallet af linjer, der kan påføres en millimeter af pladens overflade med en afstand mellem dem, der svarer til deres bredde. Opløsningen afhænger af typen af ​​fotoresist og lagtykkelsen. Med tynde lag er det større end med tykke.

I overensstemmelse med den måde, mønsteret er dannet på, opdeles fotoresister i negative og positive (fig. 1.9).

Områder med negativ fotoresist, som er under fotomaskens gennemsigtige områder, under påvirkning af ultraviolet lys, får egenskaben til ikke at opløses under udvikling. De områder af fotoresisten, der er placeret under de uigennemsigtige områder af fotomasken, fjernes let, når den fremkaldes i et opløsningsmiddel. Således skabes; relief, som er et billede af fotomaskens lyse elementer (fig. 1.9, a).

Negative fotoresister er lavet af polyvinylalkohol. De er meget udbredt på grund af fraværet af giftige komponenter, acceptabel opløsning (op til 50 linjer/mm), let udvikling og lave omkostninger. Ulempen er umuligheden af ​​at opbevare mere end 3 ... 5 timers emner med et aflejret lag, da sidstnævnte er hærdet selv i mørke. Derudover falder den mekaniske styrke af det lysfølsomme lag og dets vedhæftning til overfladen med et fald i fugtighed og omgivende temperatur.

En positiv fotoresist under påvirkning af bestråling ændrer dens egenskaber på en sådan måde, at dens bestrålede områder under behandlingen opløses i fremkaldere, og ikke-bestrålede områder (placeret under de uigennemsigtige områder af fotomasken) forbliver på brættets overflade (fig. 1.9) , b).

Til positive fotoresister anvendes materialer baseret på diazoforbindelser, som består af en lysfølsom polymerbase (novolakharpiks), et opløsningsmiddel og nogle andre komponenter. Med hensyn til vedhæftning og opløsning er de negative fotoresists overlegne, men de er dyrere og indeholder giftige opløsningsmidler. Opløsningen af ​​positive fotoresists er op til 350 linjer/mm. Fordelen ved en positiv fotoresist er fraværet af garvning under opbevaring af emner med et lysfølsomt lag påført.

I den teknologiske proces med IC-produktion anvendes flydende og tørre fotoresists.

Flydende fotoresists påføres ved dypning (dypning), hældning med centrifugering, valsning med en ribbet rulle og andre metoder.

Tørre fotoresists, som er blevet mere udbredte på grund af deres større fremstillingsevne og brugervenlighed, er en tynd struktur af tre lag: en optisk transparent film (normalt polyethylenterephthalat), en lysfølsom polymer og en beskyttende lavsanfilm. De påføres ved en forhøjet temperatur med den foreløbige fjernelse af det beskyttende lag og limning af fotoresisten. Efter at mønsteret er eksponeret, fjernes den optiske film, og billedet fremkaldes i vand. I dette tilfælde fjernes de ueksponerede områder af billedet.

Den høje opløsning af kredsløbsmønsteret leveres af positive fotoresists. Deres fordele udelukker dog ikke muligheden for at bruge negative fotoresists, som er mere syrefaste og lettere at fremkalde.

De vigtigste stadier af fotolitografiprocessen i implementeringen af ​​kontaktudskrivning er vist i fig. 1.10.

Forberedelsen af ​​substratoverfladen (fig. 1.10, a) påvirker i væsentlig grad vedhæftningen af ​​fotoresisten. Sidstnævnte bør påføres umiddelbart efter pladen er oxideret uden yderligere overfladebehandlinger. Hvis substraterne opbevares i mere end en time, udføres varmebehandling i tør oxygen eller nitrogen ved t=1000°C i flere minutter. Det eliminerer hydrofilicitet af substratoverfladen.

Fotoresisten påføres ved centrifugering (fig. 1.10.6). Den optimale tykkelse af fotoresistlaget er i området 0,3...0,8 µm. Med en lagtykkelse på mindre end 0,2 μm stiger sandsynligheden for punkteringer kraftigt, og med tykkelser på mere end 1 μm falder processens opløsning, hvilket gør det umuligt at opnå elementer med små dimensioner.

Ved påføring af en fotoresist er det nødvendigt at sikre lagets ensartethed (fraværet af porer, fremmede partikler osv.) og dets ensartethed i tykkelsen. Lagets homogenitet afhænger af renheden af ​​den oprindelige fotoresist, miljøets renhed, tilstande og tørringsmetode. Ensartetheden af ​​lagtykkelsen afhænger af fotoresistens viskositet og afsætningsmåderne. Lagets ujævnhed i tykkelsen er årsagen til forringelsen af ​​kontrasten på grund af den ufuldstændige tilpasning af fotomasken til fotolaget under eksponeringen.

Fjernelse af opløsningsmidlet fra fotoresistlaget for at danne en stærk og homogen film udføres ved tørring ved t = 18...20°C i 15...30 min. og derefter ved t=90...100°C i 30 min.

Overførslen af ​​et billede fra en fotomaske til en plade dækket med et lag fotoresist realiseres ved eksponering (fig. 1.10, c). Hvis processen med fotolitografi gentages, er det nødvendigt at kombinere det tidligere opnåede mønster med mønsteret på fotomasken. Justeringsnøjagtigheden er 0,25 ... 0,5 µm. Xenon- og kviksølv-kvartslamper bruges som lyskilde.

Overførselskvaliteten påvirkes væsentligt af diffraktionsfænomener, der opstår, når der er mellemrum mellem skabelonen og pladen. Mellemrummene opstår på grund af substratets manglende fladhed og når 20 μm. Kvaliteten af ​​billedoverførsel fra fotomasken til fotoresistlaget kan kun vurderes efter fremkaldelse.

Udviklingen af ​​et latent billede (fig. 1.10, d) i en negativ fotoresist består i fjernelse af områder, der var under fotomaskens mørke steder. I tilfælde af en positiv fotoresist fjernes de bestrålede områder. Negative fotoresister er vist i organiske opløsningsmidler (trichlorethylen osv.), og positive - i alkaliske opløsninger. For at forbedre de beskyttende egenskaber tørres det resulterende lag ved t=100...120°C og garves derefter ved t=200...250°C i 30...40 min.

Det nødvendige mønster af kredsløbet opnås ved at ætse de områder af substratet, der ikke er beskyttet af fotoresisten, i en blanding af salpeter- og flussyre (fig. 1.10, e).

Ætsning skal sikre fuldstændig ætsning af oxidfilm. I dette tilfælde er der tilfælde, hvor det er nødvendigt at ætse oxidfilm af forskellig tykkelse samtidigt. Nøjagtigheden af ​​ætsningsoperationer afhænger af nøjagtigheden af ​​negativet og kvaliteten af ​​fotoresisten. I tilfælde af dårlig vedhæftning af laget til overfladen af ​​emnet, kan flussyre trænge ind under det garvede lag og ætse de områder af oxidfilmen, der er beskyttet af det, væk. Det fotoresistlag, der er tilbage på overfladen, fjernes i et opløsningsmiddel, som bruges som organiske væsker og svovlsyre. Efter hævelse fjernes fotoresistfilmene med en vatpind.

Fotolitografi er en af ​​de vigtigste teknologiske processer i produktionen af ​​halvledermikrokredsløb. Dens udbredte brug forklares af dens høje reproducerbarhed og opløsning, som gør det muligt at opnå et mønster af små størrelser, metodens alsidighed og fleksibilitet og høj produktivitet. Ulempen ved kontaktfotolitografi er det hurtige slid af fotomasken og forekomsten af ​​defekter på kontaktfladerne. Ved kontakt presser fotomasken eventuelle partikler (såsom støvpartikler) ind i fotoresistlaget, hvilket fører til defekter i fotoresistens beskyttende lag.

Et støvkorn på overfladen af ​​fotoresisten kan forhindre dens hærdning og føre til dannelsen af ​​et hul ("punktering") i oxidet. Et støvkorn eller nogle mørke prikker på den gennemsigtige del af fotomasken kan give samme effekt. Et hul i den mørke del af fotomasken kan føre til ufuldstændig fjernelse af oxidfilmen. Størrelsen af ​​støvpartikler er i forhold til størrelsen af ​​arealer af kontaktelementer. Deres tilstedeværelse fører til mikrokredsløbets ægteskab.

Sandsynligheden for, at defekter opstår som følge af uopløselige støvpartikler og andre punktforurenende stoffer, der kommer ind i siliciumoverfladen, er proportional med waferens areal. Tilstedeværelsen af ​​sådanne defekter begrænser det maksimale område af mikrokredsløb.

Berøringsfri (projektions) fotolitografi eliminerer kontakt mellem fotomasken og fotoresistlaget, hvilket gør det muligt at undgå en række ulemper, der er forbundet med kontaktfotolitografi.

Fremgangsmåden til projektionsprint består i at projicere et billede fra en fotomaske på en plade, der er dækket med et lag fotoresist, placeret i betydelig afstand fra hinanden. Dimensionerne af billedet på fotomasken kan laves i forstørret skala. Med denne metode øges kravene til substraternes planhed og ensartetheden af ​​tykkelsen af ​​fotoresistlaget. Der stilles høje krav til linsen, som skal give den nødvendige opløsning over hele underlagets arbejdsfelt. På nuværende tidspunkt kan den bedste opløsning (0,4 µm) opnås på et areal på 2x2 mm. Vanskeligheder med at skabe linser, der giver høj opløsning over et stort område, hindrer den udbredte introduktion af metoden til projektionsfotolitografi.

Microgap fotolitografi kombinerer fordelene ved kontakt- og projektionsmetoder til fotolitografi. Med denne metode etableres et mellemrum på 10 ... 20 mikron mellem pladen og fotomasken. Et sådant hul er stort nok til at minimere diffraktionsfænomenet og samtidig lille nok til at negligere ikke-lineære forvrængninger i mellemrummet under billedtransmission. Industrielt mikrogab eksponeringsudstyr er meget mere komplekst end kontakteksponeringsudstyr.

Diffusion. Dette er processen med at overføre dopingstoffer fra områder med højere koncentration til områder med lavere koncentration. Hvis der er en koncentrationsgradient af atomer af et hvilket som helst grundstof i et fast stof, skabes der en rettet diffusionsbevægelse, som har en tendens til at udligne koncentrationen af ​​disse atomer i hele volumen. Processerne med koncentrationsudligning sker ved tilstrækkelig høje temperaturer, når partikelhastigheden stiger kraftigt. De er karakteriseret ved diffusionskoefficienten D, som er bestemt af massen af ​​et stof, der trænger gennem et enkelt område pr. tidsenhed med en koncentrationsgradient lig med én.

Diffusionskoefficienten for et bestemt materiale og diffunderbar urenhed i den første tilnærmelse afhænger kun af temperaturen (eksponentiel afhængighed).

Diffusionskoefficienten for gruppe III-elementer (B, A1, Ip) til silicium er 1 ... 1,5 størrelsesordener højere end for gruppe V-elementer (As; P; Sb). For eksempel er diffusionskoefficienten for bor til silicium ved t == 1473 K 10,5 cm 2 /s, arsen - 0,3 cm 2 /s.

Diffusionsprocessen udføres i to trin. I det første trin skabes et urenhedsmættet lag på krystallen fra en uendelig kilde (gasfase). Dette stadie kaldes urenhedskørsel. Det udføres i nærværelse af oxygen, som bidrager til dannelsen af ​​et lag af borosilikatglas (for B 2 0 3 urenheder) eller phosphor-silikatglas (for P 2 O 5 urenheder) på overfladen. Parametrene for drivprocessen er koncentrationen af ​​diffusanten og oxygen i bæregassen, gasblandingens hastighed og procestiden. På det andet trin undergår blandingen omfordeling. Dette stadie kaldes urenhedsspredning. Det udføres ved t = 800...1000°C i fravær af en ekstern kilde til urenheder. Arbejdsatmosfæren er en blanding af en inert gas og oxygen. Spredningen af ​​urenheden i waferens dybde ledsages af væksten af ​​en beskyttende siliciumoxidfilm.

Diffusion udføres i temperaturområdet 1100...1300°C, og under hensyntagen til drivprocessen i en to-trins proces -1000...1300°. Under 1000 °C er diffusionskoefficienterne meget små, og diffusionsdybden er ubetydelig. Over 1300°C forekommer krænkelser af pladernes overflade under påvirkning af høj temperatur.

Faste, flydende og gasformige forbindelser anvendes som urenhedskilder. Bor og fosfor anvendes oftest i form af kemiske forbindelser B 2 0 5, P 2 O 5 mv.

Diffusion i en bæregasstrøm fra en fast kilde udføres i to-zone installationer (fig. 1.11). Kilden til urenheder placeres i lavtemperaturzonen, og siliciumwafers placeres i højtemperaturzonen (1100 ... 1200 ° C). Røret skylles med en blanding af en inert gas med oxygen, og efter etablering af temperaturregimet placeres pladerne i arbejdsområdet. De fordampende urenhedsmolekyler føres af bæregassen til pladerne og falder gennem laget af flydende glas på deres overflader. Flydende glas beskytter pladernes overflader mod fordampning og indtrængen af ​​fremmede partikler. Ulemper ved diffusionsprocessen fra en fast kilde - kompleksiteten af ​​installationen og vanskeligheden ved at kontrollere damptrykket.

Diffusion i en bæregasstrøm fra en væskekilde udføres på en enklere enkeltzoneopsætning, hvor det er muligt at opnå et bredere område af overfladekoncentrationer. Ulempen ved en sådan proces er den høje toksicitet af koncentrationer.

Diffusion i et lukket volumen. En sådan diffusion giver god reproducerbarhed af parametrene for diffusionslagene. I dette tilfælde placeres siliciumwaferen og kilden til urenheder i en kvartsempul, som pumpes ud til et tryk på 10 -3 Pa eller fyldes med en inert gas. Derefter forsegles ampullen og placeres i en varmeovn. Urenhedsdampmolekyler adsorberes af overfladerne på halvlederwaferen og diffunderer ned i dens dybde. Denne metode bruges til diffusion af bor, antimon, arsen, fosfor. Disse urenheder er meget giftige, og diffusion i ampullen eliminerer muligheden for forgiftning.

Fordelen ved metoden er muligheden for at bruge en ovn til diffusion af flere urenheder uden deres gensidige forurening, ulempen er lav produktivitet og behovet for en omhyggelig påfyldningsproces, da ethvert stof, der kommer ind i ampullen, diffunderer sammen med hovedurenheden.

For alle diffusionsmetoder er det nødvendigt at sikre en ensartet temperaturfordeling langs den varme zones akse. Hvis tolerancen på dybden af ​​diffusionslaget er 100%, er det tilstrækkeligt at opretholde temperaturen med en nøjagtighed på ±5°C. Med en tolerance på 20 % skal temperaturen holdes med en nøjagtighed på ± 0,5 °C.

Diffusionsdybden varierer fra nogle få mikrometer (for kredsløbselementer) til 10 ... 100 mikrometer for deres isolering. En stor diffusionsdybde kræver en betydelig tid (op til 60 timer).

Urenheder, der diffunderer ind i silicium gennem et hul i oxidet, forplanter sig sideværts med næsten samme mængde som i dybden.

De mest almindelige diffusionsfejl er afvigelser i diffusionslagets dybde. Årsagerne til sådanne afvigelser er støv og andre partikler på overfladen af ​​pladen samt resterende fotoresist. Overfladefejl og forstyrrelser i krystalgitteret bidrager til en dybere penetrering af diffusanten i materialet. For at reducere antallet af sådanne defekter er det nødvendigt at omhyggeligt observere renligheden af ​​miljøet, materialer og udstyr under forberedende operationer og i diffusionsprocessen.

Kvittering P-N-overgange ved hjælp af diffusionsmetoder giver dig mulighed for præcist at kontrollere dybden og placeringen af ​​overgangen, koncentrationen af ​​urenheder osv. Ulempen ved diffusionsprocessen er umuligheden af ​​at opnå klare overgange mellem regioner med forskellige typer ledningsevne.

Epitaksi. Dette er processen med at dyrke lag med en ordnet krystalstruktur ved at implementere substratets orienteringsvirkning. Ved produktion af integrerede kredsløb anvendes to typer epitaksi: homoepitaxi og heteroepitaxi.

Homoepitaxy (autoepitaxy) er en proces med orienteret vækst af et krystallinsk stof, der ikke adskiller sig i kemisk sammensætning fra substratstoffet. Heteroepitaxy er en proces med orienteret vækst af et stof, der adskiller sig i kemisk sammensætning fra substratmaterialet.

I processen med at dyrke en epitaksial film kan dopingmidler indføres i den, hvilket skaber halvlederfilm med den ønskede koncentrationsfordeling og en given type ledningsevne. Dette gør det muligt at opnå klare grænser mellem regioner med forskellige typer ledningsevne.

Den mest udbredte på nuværende tidspunkt er den såkaldte kloridmetode til at opnå epitaksiale siliciumlag, baseret på reduktion af siliciumtetrachlorid. Processen udføres i en reaktor, som er et kvartsrør placeret i induktoren på en RF-generator. Reaktorer kan være af vandret og lodret type.

I en horisontal reaktor (fig. 1.12) placeres siliciumwafers på grafitunderstøtninger. Opvarmning udføres af en højfrekvent generator. Inden processen påbegyndes, fyldes systemet med nitrogen eller helium for at fjerne luft og renses med rent brint, som ved en temperatur på 1200°C reagerer med resterne af oxidfilm på overfladen af ​​substraterne og næsten fuldstændigt fjerner dem. Kammeret fyldes derefter

blanding HC1 og H 2 til ætsning af et lag flere mikrometer tykt fra en siliciumwafer. Gasætsningen fjerner det beskadigede lag og rester Si0 2. Epitaksiale film opnås uden strukturelle defekter. Efter rengøring skylles systemet med brint i flere minutter, derefter SiCl4 og dopingmiddel. Som følge af reaktionen

5iC1 4(gas) + 2H 2(gas) ↔ Si(HÅRDT) ↓ + 4HC1(GAS)

Siliciumtetrachlorid nedbrydes, og silicium aflejres på siliciumsubstratet, som antager strukturen af ​​det underliggende lag. Efter afslutningen af ​​processen afkøles substratet med en strøm af rent brint.

Visse forhold mellem hydrogen, siliciumchlorid og urenheder opnås ved at kontrollere tilførselshastigheden og temperaturen. Den typiske strømningshastighed for bæregassen (brint) er 10 l/min, og forholdet mellem mængden H 2 og SiCl4 er 1000: 1. En gasformig diffusant indføres i denne blanding i en mængde på ca. 300 dele pr. 1.000.000 dele af gasblandingen.

Fosfin bruges som donorurenhed. (RN 3), og for at få laget P-type - diboran (B 2 H 6).

Væksthastigheden af ​​den epitaksiale film afhænger af forbruget SiCl4 og H 2 substrattemperatur, mængden af ​​indført urenhed osv. Disse variable, som kan styres ret præcist, bestemmer processens varighed.

Den mindste tykkelse af den epitaksiale film bestemmes af tilstedeværelsen af ​​krystallisationscentre. Den øvre grænse for filmtykkelsen fri for defekter er 250 µm. Oftest er tykkelsen af ​​den epitaksiale film fra 1 til 25 µm.

Kvaliteten af ​​det epitaksiale lag er stærkt påvirket af renheden af ​​substratoverfladen og de anvendte gasser. Siliciumwafers 150...200 µm tykke, fri for strukturelle defekter, anvendes som substrat. Det tilladte indhold af urenheder i gasser er lig med flere dele urenheder pr. million dele gas.

Styringen af ​​halvlederskiver udføres efter afsluttet polering, epitaksi, oxidation og diffusion. Den er baseret på visuel observation og analyse af pladebilledet dannet på skærmen af ​​en homocentrisk stråle af synligt lys reflekteret fra pladeoverfladen.

Dele af waferen med en brudt struktur introducerer forstyrrelser i lysstrålen, på grund af hvilke wafer-defekterne er synlige på skærmen som ændringer i lysintensiteten i waferbilledet, hvilket gør det muligt at evaluere dets kvalitet.

Sputtering af tynde film. De vigtigste metoder til at opnå tynde film er termisk sprøjtning (fordampning) i vakuum og ionforstøvning.

Termisk sprøjtning i vakuum. En sådan aflejring er baseret på egenskaben for atomer (molekyler) af metaller og nogle andre materialer under fordampning under højvakuumforhold til at bevæge sig i en lige linje (strålelignende) og aflejre på en overflade placeret i deres bevægelsesvej.

Vakuumforstøvningsinstallationen (fig. 1.13) består af en flad plade 6, hvorpå der er monteret en glas- eller metalhætte 9. I sidstnævnte tilfælde leveres den med et synsglas. Pladen har to isolerede vakuumtætte udtag. 4 til at drive fordamperen 3. Et substrat placeres i nogen afstand fra fordamperen 10, hvorpå der påføres en tynd film. Underlaget varmes op og lukkes af et spjæld, indtil den indstillede tilstand er nået. 1.

I overensstemmelse med de fysiske processer, der forekommer under fordampning i et vakuum, kan de følgende stadier af filmdannelse skelnes: 1) overførsel af det aflejrede materiale til en damptilstand; 2) dampoverførsel fra kilden til fordampning til substratet; 3) dampkondensering på underlaget og filmdannelse.

Overførsel af det sprøjtede materiale til en damptilstand. I området for dampdannelse fordamper materialet og opvarmes, indtil dets damptryk overstiger trykket af de resterende gasser. I dette tilfælde overvinder de mest opvarmede molekyler med høj kinetisk energi kræfterne ved molekylær tiltrækning og bryder væk fra smeltens overflade. På grund af den kraftigt reducerede varmeoverførsel under højvakuumforhold forekommer der ikke overophedning af substraterne.

For nogle materialer er den nominelle fordampningstemperatur lavere end smeltepunktet. For eksempel har krom et smeltepunkt på 1800°C og fordamper, når det opvarmes i vakuum ved en temperatur på 1205°C. Et stofs overgang fra en fast tilstand til en damptilstand uden at gå gennem en flydende tilstand kaldes sublimering.

Overførsel af damp fra kilden til fordampning til substratet. Dampoverførselsområdet er 10...20 cm. For at banerne for molekylerne i det fordampede stof kan være retlinede, skal den gennemsnitlige frie vej for molekylerne i den resterende gas være 5...10 gange større end de lineære dimensioner af området for dampoverførsel.

Fri sti l- afstanden tilbagelagt af et dampmolekyle af et stof uden at kollidere med molekyler af resterende gasser. I højvakuum, når l ³ d(d- afstand fra fordampningskilden til substratet), flyver molekylerne af det fordampede stof praktisk talt uden kollisioner. Denne strøm af fordampet stof kaldes molekylær og for at skabe det kræves et vakuum i størrelsesordenen 10-5 ... 10-6Pa.

Dampkondensering på underlaget og filmdannelse. Dampkondensering afhænger af substrattemperaturen og atomfluxtætheden. Atomer af det fordampede stof adsorberes på substratet efter tilfældig migration over dets overflade.

Med hensyn til mekaniske og fysiske egenskaber adskiller tynde film sig væsentligt fra bulkmaterialer. For eksempel er den specifikke styrke af nogle film omkring 200 gange højere end styrken af ​​velglødede bulkprøver og flere gange højere end styrken af ​​koldbearbejdede materialer. Dette skyldes den fine krystallinske struktur og lave plasticitet. Fordampningstemperaturen for metaller varierer fra flere hundrede grader (for eksempel 430 ° C for cæsium) til flere tusinde (for eksempel 3500 ° C for wolfram). I denne henseende bruges fordampere af forskellige designs til vakuumfordampning. Ifølge metoden til opvarmning af stoffet er fordampere opdelt i resistiv, elektronisk og induktion.

I resistive fordampere opnås termisk energi på grund af frigivelse af varme, når strøm passerer gennem varmeren eller direkte gennem materialet, der skal fordampes. De mest brugte fordampere med indirekte opvarmning. I dette tilfælde leveres specielle varmeapparater, ved hjælp af hvilke det fordampede stof opvarmes til den nødvendige temperatur. Fordampermaterialet er normalt wolfram, tantal, molybdæn osv.

Valget af varmelegememateriale bestemmes af følgende krav: det fordampede materiale i smeltet tilstand skal fugte varmelegemet godt, danne god termisk kontakt, og bør ikke indgå i en kemisk reaktion med varmelegemet. Dybest set bruges varmeapparater lavet af wolfram, molybdæn, tantal.

Resistive fordampere giver ikke den nødvendige sammensætning af film under fordampning af legeringer. På grund af forskellen i de forskellige komponenters damptryk adskiller filmens sammensætning sig væsentligt fra udgangsmaterialets. For eksempel danner en sputteret nichromlegering (80 % Ni og 20 % Cr) en film på substratet med en sammensætning på 60 % Ni og 40 % Cr. For at opnå film af den krævede sammensætning fra flerkomponentlegeringer (for eksempel MLT osv.), anvendes metoden til mikrodosering eller eksplosiv fordampning. Med denne metode tilføres en tapefordamper opvarmet til en temperatur, der overstiger fordampningstemperaturen for den mest ildfaste komponent med 200 ... 300 ° C, med en mikrodosis af fordampet legeringspulver med en partikelstørrelse på 100 ... 200 mikron. Fordampning af en mikrodosis sker næsten øjeblikkeligt.

I elektroniske fordampere omdannes elektronernes kinetiske energi til termisk energi. Det fordampede materiale anvendes i form af en massiv ledning, hvis frie ende er udsat for en elektronstråle. På grund af den korte varighed af opvarmningen (10 -8 ... 10 -9 s) fordamper forskellige komponenter af den komplekse forbindelse og aflejres på substratet næsten samtidigt. Elektronstråleopvarmning gør det muligt at fordampe ildfaste metaller og deres legeringer.

For at øge stabiliteten af ​​parametrene udsættes tynde metalfilm for varmebehandling ved opvarmning til t=300 ... 400 ° C. I dette tilfælde bliver krystallerne grovere, bindingen mellem dem øges, filmen bliver tættere og mere kompakt, og den elektriske resistivitet falder.

Vakuumaflejring bruges i vid udstrækning til at opnå resistive film, ledere lavet af kobber, aluminium og nogle andre legeringer, dielektriske siliciumoxidbelægninger osv. De vigtigste fordele ved processen er den høje renhed af den resulterende film, bekvemmeligheden ved at kontrollere dens tykkelse under deponeringsprocessen og nem implementering. De væsentligste ulemper ved processen er ændringen i det procentvise forhold mellem komponenter under fordampningen af ​​stoffer med kompleks sammensætning; lav filmtykkelse ensartethed under aflejring over et stort område fra punktkilder; vanskeligheder med at fordampe ildfaste materialer; høj inerti af processen ved brug af resistive fordampere; relativt lav klæbestyrke af filmen med substratet.

Ionisk sputtering. Det er baseret på fænomenet ødelæggelse af faste materialer, når deres overflade bliver bombarderet af ioniserede molekyler af en fordærvet gas. Processen er ikke forbundet med høje temperaturer og gør det muligt at opnå film af ildfaste metaller og legeringer. Der er følgende typer ionforstøvning: katode, ion-plasma og magnetron.

Katodesputtering ("diode"-system) (fig. 1.14) udføres i et vakuumkammer, hvor to planparallelle elektroder er placeret. En elektrode (katode) er lavet af et spraymateriale og er et mål for bombning. Den anden elektrode (anode) tjener som et substrat, hvorpå filmen afsættes. Der skabes et lavt tryk i vakuumkammeret (10 -3 ... 10 -4 Pa), hvorefter det fyldes med en inert gas (normalt argon) ved et tryk på 1 ... 10 Pa. Når en højspænding (1 ... 3 kV) påføres, sker der en uafhængig glødende gasudladning mellem elektroderne, exciteret af elektronemission. Katoden er kilden til elektroner, der er nødvendige for at opretholde glødeudladningen. Elektronerne bevæger sig mod anoden og slår ved kollision med neutrale gasmolekyler nye elektroner ud, hvilket fører til en kraftig stigning i elektronstrømmen. I dette tilfælde bliver et inert gasmolekyle fra neutral til en positiv ion, som har en større masse sammenlignet med en elektron. Sådan sker ioniseringen af ​​en gas, som med et større eller lige antal elektroner og ioner kaldes plasma. Elektronerne bevæger sig til anoden og neutraliseres. Positive ioner bevæger sig til en anden plasmagrænse og accelereres i det mørke katoderum og opnår høje energier for at sputtere målet (katoden). Atomer af målmaterialet med høj energi aflejres på overfladen af ​​substratet, som er placeret tæt nok på katoden. Normalt er denne afstand halvanden til to længder af det mørke katoderum.

Katodisk reaktiv sputtering udføres i en blanding af inerte og aktive gasser. Det giver dig mulighed for at få en anderledes sammensætning af filmen. Udledning i en blanding af gasser "argon - oxygen" bruges til at opnå oxider. Reaktiv sputtering af tantal i en argonatmosfære med tilsætning af oxygen, nitrogen og kulstof gør det muligt at opnå en række forbindelser med meget forskellige egenskaber.

Ion-plasmasputtering (tre-elektrodesystem) udføres ved lavere tryk (fig. 1.15).

Der skabes et tryk på 10 - 3 Pa i kammeret, og katodegløden tændes. Derefter fyldes den med en inert gas ved et tryk på 10-1 Pa. Skabelsen af ​​gasudladningsplasma tilvejebringes af en bueudladning, der opstår mellem anoden og katoden ved en spænding på 150 ... 250 V. Den termiske katode tjener som en kilde til elektroner. Det sputterede materiale (målet) indføres i gasudladningen som en uafhængig elektrode, der ikke er forbundet med at opretholde udladningen. Elektronerne simuleret af den termioniske katode accelereres mod anoden og ioniserer molekylerne af den resterende gas undervejs. Densiteten af ​​det resulterende plasma er mere end en størrelsesorden højere end den for glødeudladningsplasmaet. Målkatoden og substratet er placeret på modsatte grænser af det aktive plasmarum. Sputtering begynder fra det øjeblik, hvor et negativt potentiale på 200 ... 1000 V påføres målet i forhold til anoden.Dette potentiale frastøder elektroner og tiltrækker ioner fra plasmarummet. Ionerne bombarderer målet på samme måde som i den betragtede "diode"-version. De sputterede atomer, der hovedsageligt bevæger sig i retningen vinkelret på overfladen, aflejres på substratet. Sputtering ved lave tryk gør det muligt at opnå høj vedhæftning af filmen til substratet på grund af de sprøjtede partiklers større energi. Da den gennemsnitlige frie vej for molekyler ved dette tryk er flere centimeter, kolliderer de forstøvede atomer på deres vej fra målet til substratet næsten ikke med molekylerne og ionerne af den inerte gas og gasurenheder, hvilket reducerer graden af ​​forurening betydeligt. af filmen med indeslutninger af fremmed gas. Muligheden for at reducere afstanden mellem målet og substraterne skyldes, at i triodesputteringsystemet sker dannelsen af ​​elektroner og ioner autonomt fra målet.

Ulemperne ved triodesystemet er trådkatodens korte levetid og de forskellige sputterhastigheder i individuelle sektioner af det flade mål.

Højfrekvent ionforstøvning bruges til sputtering af dielektriske stoffer og halvledermaterialer. Under den sædvanlige sputtering af ledende materialer, der rammer katode-målet, modtager den neutrale arbejdsgas-ion en elektron fra målet og udlader, og bliver til et neutralt molekyle i nogen tid. Hvis det sputterede målmateriale er et dielektrikum, vil der ikke være nogen neutralisering af ioner på målet, og det dækkes hurtigt med et lag af positive ladninger, der forhindrer yderligere sputtering af målet.

Effekten af ​​en positiv ladning kan elimineres ved at påføre en vekselspænding til metalelektroden, hvorpå det dielektriske, der sprøjtes, er fikseret. I den periode, hvor spændingen på målet er negativ, sputteres den, ledsaget af akkumulering af en positiv ladning. Når polariteten vendes, kompenseres den positive ladning af elektroner trukket fra plasmaet. Dielektriske materialer kan sputteres ved næsten enhver frekvens.

Uden hvad er det svært at forestille sig eksistensen af ​​det moderne menneske? Selvfølgelig uden moderne teknologi. Nogle ting er kommet så meget ind i vores liv, de er blevet så kedelige. Internettet, tv, mikrobølgeovne, køleskabe, vaskemaskiner - uden dette er det svært at forestille sig den moderne verden og selvfølgelig sig selv i den.

Hvad gør næsten al nutidens teknologi virkelig nyttig og nødvendig?

Hvilken opfindelse gav de største muligheder for fremskridt?

En af menneskets mest uundværlige opdagelser er teknologien til fremstilling af mikrokredsløb.

Takket være hende er moderne teknologi så lille. Den er kompakt og praktisk.

Vi ved alle, at et stort antal ting bestående af mikrokredsløb kan passe i huset. Mange af dem passer i en bukselomme og er lette i vægt.

tornede vej

For at opnå et resultat og få et mikrokredsløb har forskere arbejdet i mange år. De oprindelige kredsløb var enorme efter nutidens standarder, de var større og tungere end et køleskab, på trods af at et moderne køleskab ikke udelukkende består af komplekse og indviklede kredsløb. Intet som dette! Den har en lille, men overlegen brugbarhed i forhold til de gamle og omfangsrige. Opdagelsen gjorde et sprøjt, hvilket gav skub til den videre udvikling af videnskab og teknologi, et gennembrud blev gjort. Chipproduktionsudstyr frigivet.

Udstyr

Produktionen af ​​mikrokredsløb er ikke en let opgave, men heldigvis har en person de teknologier, der forenkler produktionsopgaven så meget som muligt. På trods af kompleksiteten produceres et stort antal mikrokredsløb dagligt rundt om i verden. De bliver konstant forbedret og får nye funktioner og forbedret ydeevne. Hvordan fremstår disse små, men smarte systemer? Dette hjælper udstyr til produktion af mikrokredsløb, som faktisk er diskuteret nedenfor.

Ved oprettelse af mikrokredsløb anvendes elektrokemiske aflejringssystemer, rengøringskamre, laboratorie-oxidationskamre, kobber-elektrodepositionssystemer, fotolitografisk og andet teknologisk udstyr.

Fotolitografisk udstyr er det dyreste og mest præcise inden for maskinteknik. Det er ansvarligt for at skabe billeder på siliciumsubstratet for at generere den tilsigtede chiptopologi. En fotoresist påføres et tyndt lag materiale, som efterfølgende bestråles med en fotomaske og et optisk system. Under driften af ​​udstyret falder størrelsen af ​​elementerne i mønsteret.

I positioneringssystemer spilles hovedrollen af ​​en lineær elektrisk motor og et laserinterferometer, som ofte har feedback. Men for eksempel i teknologien udviklet af Moskva-laboratoriet "Amphora", er der ingen sådan forbindelse. Dette husholdningsudstyr har mere præcis bevægelse og jævn gentagelse på begge sider, hvilket eliminerer muligheden for tilbageslag.

Specielle filtre beskytter masken mod varmen, der genereres af det dybe ultraviolette område, og holder temperaturer på over 1000 grader i lange måneders drift.

Lavenergi-ioner mestres i afsætning på flerlagsbelægninger. Tidligere blev dette arbejde udelukkende udført ved magnetronforstøvningsmetoden.

Chipproduktionsteknologi

Hele skabelsesprocessen begynder med udvælgelsen af ​​halvlederkrystaller. Det mest relevante er silicium. En tynd halvlederwafer poleres, indtil der vises et spejlbillede i den. I fremtiden vil et obligatorisk trin i skabelsen være fotolitografi ved hjælp af ultraviolet lys, når du tegner et billede. Dette hjælper maskinen til produktion af mikrokredsløb.

Hvad er en mikrochip? Dette er sådan en flerlagstærte lavet af tynde siliciumwafers. Hver af dem har et specifikt design. Det samme mønster er skabt på fotolitografistadiet. Pladerne placeres omhyggeligt i specialudstyr med en temperatur på over 700 grader. Efter stegning vaskes de med vand.

Processen med at skabe en flerlagsplade tager op til to uger. Fotolitografi udføres adskillige gange, indtil det ønskede resultat er opnået.

Oprettelse af mikrokredsløb i Rusland

Indenlandske videnskabsmænd i denne industri har også deres egen teknologi til produktion af digitale mikrokredsløb. Anlæg med den tilsvarende profil opererer i hele landet. Ved output er de tekniske egenskaber ikke meget ringere end konkurrenter fra andre lande. Russiske mikrokredsløb foretrækkes i flere stater. Alt sammen takket være en fast pris, som er mindre end vestlige producenters.

Nødvendige komponenter til produktion af højkvalitets mikrokredsløb

Mikrokredsløb skabes i rum udstyret med systemer, der styrer luftens renhed. På hele skabelsesstadiet indsamler specielle filtre information og behandler luften og gør den derved renere end på operationsstuer. Arbejdere i produktionen bærer særlige beskyttelsesdragter, som ofte er udstyret med et internt iltforsyningssystem.

Chipfremstilling er en rentabel forretning. Gode ​​specialister på dette område er altid efterspurgte. Næsten al elektronik er drevet af mikrokredsløb. De er udstyret med moderne biler. Rumfartøjer ville ikke være i stand til at fungere uden tilstedeværelsen af ​​mikrokredsløb i dem. Produktionsprocessen forbedres løbende, kvaliteten forbedres, mulighederne udvides, holdbarheden øges. Mikrokredsløb vil være relevante i lange tiere eller endda hundreder af år. Deres hovedopgave er at gavne på Jorden og udenfor.