इंटिग्रेटेड मायक्रोसर्किटचे उत्पादन तंत्रज्ञान

एकात्मिक सर्किट्सच्या उत्पादनामध्ये ऑपरेशन्सच्या मालिकेचा समावेश असतो, ज्याद्वारे तयार झालेले उत्पादन हळूहळू प्रारंभिक सामग्रीमधून प्राप्त केले जाते. तांत्रिक प्रक्रिया ऑपरेशन्सची संख्या 200 किंवा त्याहून अधिक पोहोचू शकते, म्हणून आम्ही फक्त मूलभूत गोष्टींचा विचार करू.

एपिटॅक्सी हे सब्सट्रेटवर एकल-क्रिस्टल लेयर वाढवण्याचे ऑपरेशन आहे, जे सब्सट्रेटची रचना आणि त्याच्या क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखतेची पुनरावृत्ती करते. 1 ते 15 μm च्या जाडीसह एपिटेक्सियल फिल्म्स मिळविण्यासाठी, सामान्यतः क्लोराईड पद्धत वापरली जाते, ज्यामध्ये अर्धसंवाहक वेफर्स, विविध प्रकारच्या दूषित पदार्थांपासून पृष्ठभाग पूर्णपणे स्वच्छ केल्यानंतर, उच्च-फ्रिक्वेंसी हीटिंगसह क्वार्ट्ज ट्यूबमध्ये ठेवल्या जातात, जेथे वेफर्स 1200 ± 3 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जातात. सिलिकॉन टेट्राक्लोराईडच्या लहान सामग्रीसह हायड्रोजनचा प्रवाह पाईपमधून जातो. प्रतिक्रियेदरम्यान तयार झालेले सिलिकॉन अणू क्रिस्टल जाळीच्या ठिकाणी जागा व्यापतात, ज्यामुळे वाढणारी फिल्म सब्सट्रेटची क्रिस्टल संरचना चालू ठेवते. जेव्हा वायूंच्या मिश्रणात वायू दाता संयुगे जोडली जातात, तेव्हा वाढलेल्या थराला p-प्रकारची चालकता प्राप्त होते.

डोपिंग हे सब्सट्रेटमध्ये अशुद्धता आणण्याचे ऑपरेशन आहे. दोन डोपिंग पद्धती आहेत: अशुद्धता प्रसार आणि आयन रोपण.

अशुद्धतेचा प्रसार म्हणजे कणांची एकाग्रता कमी करण्याच्या दिशेने थर्मल गतीमुळे होणारी हालचाल. क्रिस्टल जाळीमध्ये अशुद्धता अणूंच्या प्रवेशासाठी मुख्य यंत्रणेमध्ये जाळीच्या रिक्त स्थानांसह त्यांच्या सलग हालचालींचा समावेश होतो. क्वार्ट्ज फर्नेसमध्ये 1100-1200 °C तापमानात अशुद्धतेचा प्रसार केला जातो, ±0.5 °C च्या अचूकतेसह राखला जातो. एक तटस्थ वाहक वायू (N2 किंवा Ar) भट्टीतून जातो, जो प्लेट्सच्या पृष्ठभागावर प्रसारित कण (B2O3 किंवा P2O5) वाहून नेतो, जेथे रासायनिक अभिक्रियांच्या परिणामी, अशुद्धता अणू (B किंवा P) सोडले जातात, जे प्लेट्समध्ये खोलवर पसरतात.

एलएसआय आणि व्हीएलएसआयच्या निर्मितीमध्ये आयन डोपिंगचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. प्रसाराच्या तुलनेत, आयन डोपिंग प्रक्रियेला कमी वेळ लागतो आणि उच्च मापदंड पुनरुत्पादकतेसह, ०.१ µm पेक्षा कमी जाडीचे, सबमायक्रॉन क्षैतिज परिमाणांसह स्तर तयार करण्यास अनुमती देते.

थर्मल ऑक्सिडेशन सिलिकॉन डायऑक्साइड SiO2 च्या पातळ फिल्म्स मिळविण्यासाठी वापरले जाते, ते ऑक्सिजन किंवा ऑक्सिजन-युक्त पदार्थांसह सिलिकॉनच्या उच्च-तापमानाच्या प्रतिक्रियांवर आधारित आहे. क्वार्ट्ज फर्नेसमध्ये 800-1200 °C तापमानात ±1 °C च्या अचूकतेसह ऑक्सिडेशन होते.

सेमीकंडक्टर वेफर्सची पृष्ठभाग विविध प्रकारच्या दूषित पदार्थांपासून स्वच्छ करण्यासाठी, SiO2 थर काढून टाकण्यासाठी आणि सब्सट्रेट्सच्या पृष्ठभागावर खोबणी आणि उदासीनता निर्माण करण्यासाठी एचिंगचा वापर केला जातो. कोरीव काम द्रव आणि कोरडे दोन्ही असू शकते.

ऍसिड किंवा अल्कली वापरून द्रव कोरीव काम केले जाते. मिरर-गुळगुळीत पृष्ठभाग मिळविण्यासाठी, तसेच SiO2 फिल्म काढण्यासाठी आणि त्यात छिद्रे तयार करण्यासाठी मायक्रोचिप संरचनांच्या निर्मितीसाठी सिलिकॉन वेफर्स तयार करण्यासाठी ऍसिड एचिंगचा वापर केला जातो. खोबणी आणि उदासीनता मिळविण्यासाठी अल्कधर्मी नक्षीचा वापर केला जातो.

लिथोग्राफी ही स्थानिक प्रसार, कोरीव काम, ऑक्सिडेशन आणि इतर ऑपरेशन्ससाठी वापरल्या जाणार्‍या मास्कमध्ये छिद्र तयार करण्याची प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेत अनेक भिन्नता आहेत.

फोटोलिथोग्राफी प्रकाश-संवेदनशील सामग्रीच्या वापरावर आधारित आहे - फोटोरेसिस्ट, जे नकारात्मक आणि सकारात्मक असू शकतात. नकारात्मक फोटोरेसिस्ट प्रकाशाच्या क्रियेखाली पॉलिमराइज करतात आणि नक्षींना प्रतिरोधक बनतात. पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्टमध्ये, प्रकाश, उलटपक्षी, पॉलिमर साखळी नष्ट करतो, म्हणून फोटोरेसिस्टचे उघडलेले भाग इचेंटद्वारे नष्ट होतात. FPGA च्या उत्पादनात, फोटोरेसिस्टचा एक थर SiO2 पृष्ठभागावर लावला जातो आणि GIS च्या उत्पादनात, तो सब्सट्रेटवर जमा केलेल्या धातूच्या पातळ थरावर किंवा काढता येण्याजोगा मुखवटा म्हणून काम करणाऱ्या पातळ धातूच्या प्लेटवर लावला जातो. .

IC घटकांचा आवश्यक नमुना फोटोमास्कद्वारे प्रकाशासह फोटोरेसिस्टला विकिरण करून प्राप्त केला जातो, जो एक काचेची प्लेट आहे, ज्याच्या एका बाजूला 1:1 च्या स्केलवर IC घटकांचा सकारात्मक किंवा नकारात्मक नमुना आहे. आयसीच्या उत्पादनामध्ये, अनेक फोटोमास्क वापरले जातात, ज्यापैकी प्रत्येक विशिष्ट स्तरांचा नमुना सेट करतो (बेस आणि एमिटर प्रदेश, संपर्क लीड इ.).

प्रकाशाच्या विकिरणानंतर, फोटोरेसिस्टचे नॉन-पॉलिमराइज्ड क्षेत्रे इचेंटने काढले जातात आणि SiO2 (किंवा मेटल फिल्म) च्या पृष्ठभागावर एक फोटोरेसिस्टिव मुखवटा तयार होतो.

क्ष-किरण लिथोग्राफी सुमारे 1 एनएम तरंगलांबीसह मऊ क्ष-किरणांचा वापर करते, ज्यामुळे D »0.1 µm मिळवणे शक्य होते. या प्रकरणात, फोटोमास्क क्ष-किरणांसाठी पारदर्शक पडदा (सुमारे 5 μm) आहे, ज्यावर इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफीद्वारे आयसी घटकांचा नमुना तयार केला जातो.

आयन बीम लिथोग्राफी आयन बीमसह रेझिस्टचे विकिरण वापरते. आयन किरणोत्सर्गाच्या प्रतिकाराची संवेदनशीलता इलेक्ट्रॉन विकिरणापेक्षा कित्येक पटीने जास्त असते, ज्यामुळे कमी प्रवाहांसह बीम वापरणे शक्य होते आणि त्यानुसार, लहान व्यास (0.01 μm पर्यंत). आयन-बीम लिथोग्राफी प्रणाली आयन डोपिंग युनिट्सशी तांत्रिकदृष्ट्या सुसंगत आहे.

3 उत्पादनाचा तांत्रिक आधार

सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड मायक्रोसिर्किट

प्लॅनर ट्रान्झिस्टर तंत्रज्ञानाच्या आधारे सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड सर्किट्स (एसएसआयएमएस) च्या उत्पादनासाठी तंत्रज्ञान विकसित केले आहे. म्हणून, ICs च्या उत्पादनाची तांत्रिक चक्रे समजून घेण्यासाठी, ही चक्रे बनलेली विशिष्ट तांत्रिक प्रक्रियांशी परिचित होणे आवश्यक आहे.

3.1 पूर्वतयारी ऑपरेशन्स

सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन इंगॉट्स, इतर सेमीकंडक्टर्सप्रमाणे, सामान्यतः वितळण्यापासून क्रिस्टलायझेशनद्वारे प्राप्त केले जातात - झोक्राल्स्की पद्धत. या पद्धतीसह, वितळलेल्या संपर्कानंतर एक सीडेड रॉड (सिलिकॉनच्या एकाच क्रिस्टलच्या स्वरूपात) एकाच वेळी फिरवून हळूहळू उचलला जातो. या प्रकरणात, बियाणे नंतर, वाढणारी आणि घट्ट होणारी पिंड बाहेर काढली जाते.

इनगॉटचे क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखता (त्याचा क्रॉस सेक्शन) बीजाच्या क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखतेद्वारे निर्धारित केला जातो. इतरांपेक्षा अधिक वेळा, विमानात (111) किंवा (100) पडलेले क्रॉस सेक्शन असलेले इनगॉट वापरले जातात.

इनगॉट्सचा सामान्य व्यास सध्या 80 मिमी आहे आणि कमाल व्यास 300 मिमी किंवा त्याहून अधिक पोहोचू शकतो. इनगॉट्सची लांबी 1-1.5 मीटरपर्यंत पोहोचू शकते, परंतु सहसा ती कित्येक पट कमी असते.

सिलिकॉन इंगॉट्स अनेक पातळ प्लेट्समध्ये कापले जातात (0.4-1.0 मिमी जाड), ज्यावर नंतर एकात्मिक सर्किट बनवले जातात. कापल्यानंतर प्लेट्सची पृष्ठभाग खूप असमान आहे: स्क्रॅच, प्रोट्र्यूशन्स आणि खड्डे यांचे परिमाण भविष्यातील आयसी घटकांच्या परिमाणांपेक्षा खूप जास्त आहेत. म्हणून, मुख्य तांत्रिक ऑपरेशन्स सुरू होण्यापूर्वी, प्लेट्स वारंवार ग्राउंड केल्या जातात आणि नंतर पॉलिश केल्या जातात. ग्राइंडिंगचा उद्देश, यांत्रिक दोष दूर करण्याव्यतिरिक्त, प्लेटची आवश्यक जाडी (200-500 मायक्रॉन), जी कापताना अप्राप्य आहे आणि विमानांची समांतरता सुनिश्चित करणे देखील आहे. ग्राइंडिंगच्या शेवटी, पृष्ठभागावर अनेक मायक्रॉन जाडीचा यांत्रिक विस्कळीत थर अजूनही शिल्लक आहे, ज्याच्या खाली एक अगदी पातळ, तथाकथित शारीरिकदृष्ट्या विस्कळीत थर आहे. नंतरचे क्रिस्टल जाळीच्या "अदृश्य" विकृती आणि ग्राइंडिंग प्रक्रियेदरम्यान उद्भवणारे यांत्रिक ताण यांच्या उपस्थितीद्वारे दर्शविले जाते.

पॉलिशिंगमध्ये दोन्ही खराब झालेले स्तर काढून टाकणे आणि पृष्ठभागावरील अनियमितता ऑप्टिकल सिस्टीमच्या वैशिष्ट्यपूर्ण पातळीपर्यंत कमी करणे समाविष्ट आहे - मायक्रोमीटरच्या शंभरावा भाग. यांत्रिक पॉलिशिंग व्यतिरिक्त, रासायनिक पॉलिशिंग (एचिंग) वापरली जाते, म्हणजे थोडक्यात, काही अभिकर्मकांमध्ये सेमीकंडक्टरच्या पृष्ठभागाच्या थराचे विघटन. पृष्ठभागावरील प्रोट्र्यूशन्स आणि क्रॅक बेस मटेरियलपेक्षा अधिक वेगाने कोरले जातात आणि पृष्ठभाग सामान्यतः समतल केला जातो.

सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानातील एक महत्त्वाची प्रक्रिया म्हणजे सेंद्रिय पदार्थ, विशेषत: चरबी यांच्या दूषिततेपासून पृष्ठभागाची स्वच्छता. भारदस्त तापमानात सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स (टोल्यूएन, एसीटोन, इथाइल अल्कोहोल इ.) मध्ये साफसफाई आणि डीग्रेझिंग केले जाते.

कोरीवकाम, साफसफाई आणि इतर अनेक प्रक्रिया प्लेट्स धुण्यास सोबत असतात विआयनीकृतपाणी.

३.२ एपिटॅक्सी

एपिटॅक्सीसब्सट्रेटवर सिंगल-क्रिस्टल लेयर वाढण्याच्या प्रक्रियेला म्हणतात, ज्यामध्ये वाढलेल्या लेयरचे क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखता सब्सट्रेटच्या क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखतेची पुनरावृत्ती करते.

सध्या, तुलनेने जाड सब्सट्रेटवर एकसंध सेमीकंडक्टरचे 15 µm पर्यंत पातळ कार्यरत स्तर मिळविण्यासाठी एपिटॅक्सीचा वापर केला जातो, जो आधारभूत संरचनेची भूमिका बजावतो.

ठराविक - क्लोराईडसिलिकॉनच्या संबंधात एपिटॅक्सीची प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे (आकृती 3.1). मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन वेफर्स "बोट" क्रूसिबलमध्ये लोड केले जातात आणि क्वार्ट्ज ट्यूबमध्ये ठेवले जातात. हायड्रोजनचा प्रवाह पाईपमधून जातो, ज्यामध्ये सिलिकॉन टेट्राक्लोराईड SiCl4 चे छोटे मिश्रण असते. उच्च तापमानात (सुमारे 1200°C), SiCl4 + 2H2 = Si + 4HC1 ही प्रतिक्रिया प्लेट्सच्या पृष्ठभागावर होते.

प्रतिक्रिया परिणाम म्हणून, शुद्ध एक थर

सिलिकॉन आणि एचसीएल वाष्प हायड्रोजन प्रवाहाद्वारे वाहून जाते. जमा केलेल्या सिलिकॉनचा एपिटॅक्सियल लेयर सिंगल-क्रिस्टल आहे आणि सब्सट्रेट प्रमाणेच क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखता आहे. तपमानाच्या निवडीमुळे रासायनिक अभिक्रिया केवळ प्लेटच्या पृष्ठभागावर होते, आसपासच्या जागेत नाही.

आकृती 3.1 - एपिटॅक्सी प्रक्रिया

वायू प्रवाहात घडणाऱ्या प्रक्रियेला म्हणतात गॅस वाहतूक प्रतिक्रियाआणि मुख्य वायू (या प्रकरणात, हायड्रोजन), जो प्रतिक्रिया झोनमध्ये अशुद्धता वाहून नेतो, वाहक गॅस.

जर फॉस्फरस संयुगे (РН3) किंवा बोरॉन संयुगे (В2Н6) सिलिकॉन टेट्राक्लोराइड वाष्पांमध्ये जोडल्या गेल्या असतील, तर एपिटॅक्सियल लेयरची स्वतःची नसते, परंतु, त्यानुसार, इलेक्ट्रॉनिक किंवा छिद्र चालकता (आकृती 3.2a), कारण दाता अणू फॉस्फरस किंवा स्वीकारकर्ता बोरॉन अणू प्रतिक्रिया दरम्यान जमा सिलिकॉन मध्ये ओळख.

अशाप्रकारे, एपिटॅक्सी कोणत्याही प्रकारच्या चालकतेच्या आणि कोणत्याही विशिष्ट प्रतिरोधकतेच्या सब्सट्रेट सिंगल-क्रिस्टल स्तरांवर वाढणे शक्य करते, ज्यामध्ये कोणत्याही प्रकारचे आणि चालकतेचे मूल्य असते, उदाहरणार्थ, आकृती 3.2a मध्ये, एक स्तर n दर्शविला आहे, आणि एक थर. n + किंवा p + तयार होऊ शकतात.

आकृती 3.2 - एपिटॅक्सियल आणि ऑक्साईड फिल्म्ससह सबस्ट्रेट्स

एपिटॅक्सिअल लेयर आणि सब्सट्रेट यांच्यातील सीमा पूर्णपणे तीक्ष्ण होत नाही, कारण एपिटॅक्सी प्रक्रियेदरम्यान अशुद्धता अंशतः एका थरातून दुसऱ्या स्तरावर पसरतात. या परिस्थितीमुळे अल्ट्राथिन (1 μm पेक्षा कमी) आणि मल्टीलेयर एपिटॅक्सियल स्ट्रक्चर्स तयार करणे कठीण होते. मुख्य भूमिका, सध्या, सिंगल-लेयर एपिटॅक्सीने खेळली जाते. हे सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या शस्त्रागाराचा लक्षणीय विस्तार केला; एपिटॅक्सी प्रदान करते तसे पातळ एकसंध स्तर मिळवणे इतर मार्गांनी अशक्य आहे.

आकृती 3.2a आणि खालील मध्ये, उभ्या स्केलचा आदर केला जात नाही.

आकृती 3.1 मध्ये दर्शविलेल्या स्थापनेमध्ये, काही अतिरिक्त ऑपरेशन्स प्रदान केल्या आहेत: नायट्रोजनसह पाईप शुद्ध करणे आणि HCl वाफेमध्ये (स्वच्छतेच्या उद्देशाने) सिलिकॉन पृष्ठभागाचे उथळ कोरीवकाम. ही ऑपरेशन्स मुख्य सुरू होण्यापूर्वी केली जातात.

एपिटॅक्सियल फिल्म रासायनिक रचनेत सब्सट्रेटपेक्षा भिन्न असू शकते. असे चित्रपट मिळविण्याची पद्धत म्हणतात विषमता,विपरीत होमोपिटॅक्सी,वर वर्णन केल्या प्रमाणे. अर्थात, हेटरोएपिटॅक्सीमध्ये, दोन्ही फिल्म आणि सब्सट्रेट सामग्रीमध्ये अजूनही समान क्रिस्टल जाळी असणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, एक सिलिकॉन फिल्म नीलम सब्सट्रेटवर उगवता येते.

शेवटी, आम्ही लक्षात घेतो की वर्णन केलेल्या गॅस एपिटॅक्सी व्यतिरिक्त, लिक्विड एपिटॅक्सी आहे, ज्यामध्ये एकल-क्रिस्टल लेयरची वाढ द्रव टप्प्यातून केली जाते, म्हणजेच आवश्यक घटक असलेल्या द्रावणातून.

3.3 थर्मल ऑक्सीकरण

सिलिकॉन ऑक्सिडेशन ही आधुनिक एफपीआयएम तंत्रज्ञानातील सर्वात वैशिष्ट्यपूर्ण प्रक्रिया आहे. सिलिकॉन डायऑक्साइड SiO2 (आकृती 3.2b) ची परिणामी फिल्म अनेक महत्त्वपूर्ण कार्ये करते, यासह:

संरक्षण कार्य - निष्क्रियतापृष्ठभाग आणि विशेषतः, उभ्या विभागांचे संरक्षण p - n पृष्ठभागावर येणारी संक्रमणे;

मास्क फंक्शन, खिडक्यांद्वारे ज्यामध्ये आवश्यक अशुद्धता प्रसाराद्वारे ओळखली जाते (आकृती 3.4b);

MOSFET किंवा कॅपेसिटरच्या गेट अंतर्गत पातळ डायलेक्ट्रिकचे कार्य (आकडे 4.15 आणि 4.18c);

PCB IC च्या घटकांना मेटल फिल्मसह जोडण्यासाठी डायलेक्ट्रिक बेस (आकृती 4.1).

सिलिकॉन पृष्ठभाग नेहमी त्याच्या "स्वतःच्या" ऑक्साईड फिल्मने झाकलेला असतो, ज्यामुळे सर्वात कमी तापमानात "नैसर्गिक" ऑक्सिडेशन होते. तथापि, सूचीबद्ध कार्यांपैकी कोणतीही कार्ये करण्यासाठी हा चित्रपट खूपच पातळ (सुमारे 5 एनएम) आहे. म्हणून, सेमीकंडक्टर आयसीच्या निर्मितीमध्ये, जाड SiO2 चित्रपट कृत्रिमरित्या प्राप्त केले जातात.

सिलिकॉनचे कृत्रिम ऑक्सीकरण सहसा उच्च तापमानात (°C) केले जाते. असे थर्मल ऑक्सिडेशन ऑक्सिजन वातावरणात केले जाऊ शकते. (कोरडे ऑक्सीकरण),ऑक्सिजन आणि पाण्याची वाफ यांच्या मिश्रणात ( ओले ऑक्सीकरण) किंवा फक्त पाण्याच्या वाफेमध्ये.

सर्व प्रकरणांमध्ये, प्रक्रिया ऑक्सिडायझिंग फर्नेसमध्ये केली जाते. अशा फर्नेसेसचा आधार, एपिटॅक्सीप्रमाणे, क्वार्ट्ज ट्यूब आहे ज्यामध्ये सिलिकॉन प्लेट्स असलेली "बोट" ठेवली जाते, उच्च-फ्रिक्वेंसी करंट्सद्वारे किंवा दुसर्या मार्गाने गरम केली जाते. ऑक्सिजनचा प्रवाह (कोरडा किंवा आर्द्र) किंवा पाण्याची वाफ पाईपमधून जाते, जी उच्च-तापमान झोनमध्ये सिलिकॉनसह प्रतिक्रिया देते. अशा प्रकारे प्राप्त झालेल्या SiO2 चित्रपटात एक आकारहीन रचना आहे (आकृती 3.2b).

साहजिकच, ऑक्साईडचा वाढीचा दर कालांतराने कमी झाला पाहिजे, कारण नवीन ऑक्सिजन अणूंना वाढत्या जाड ऑक्साईडच्या थरातून पसरावे लागते. थर्मल ऑक्सिडेशनच्या वेळेशी ऑक्साईड फिल्मच्या जाडीशी संबंधित अर्ध-प्रायोगिक सूत्राचे स्वरूप आहे:

कुठे k - ऑक्सिजनचे तापमान आणि आर्द्रता यावर अवलंबून मापदंड.

कोरडे ऑक्सीकरण ओले ऑक्सिडेशनपेक्षा दहापट कमी आहे. उदाहरणार्थ, 1000°C वर कोरड्या ऑक्सिजनमध्ये 0.5 μm जाडीची SiO2 फिल्म वाढण्यास सुमारे 5 तास लागतात आणि ओल्या ऑक्सिजनमध्ये फक्त 20 मिनिटे लागतात. तथापि, आर्द्र ऑक्सिजनमध्ये मिळणाऱ्या चित्रपटांची गुणवत्ता कमी असते. प्रत्येक 100 डिग्री सेल्सिअस तापमानात घट झाल्यास, ऑक्सिडेशन वेळ 2-3 वेळा वाढतो.

IC तंत्रज्ञानामध्ये, “जाड” आणि “पातळ” SiO2 ऑक्साईड वेगळे केले जातात. जाड ऑक्साइड ( d = 0.7-1.0 मायक्रॉन) संरक्षण आणि मास्किंगची कार्ये करतात आणि पातळ (d = 0.1-0.2 µm) - MOSFETs आणि कॅपेसिटरमध्ये गेट डायलेक्ट्रिक फंक्शन्स.

SiO2 चित्रपटाच्या वाढीतील एक महत्त्वाची समस्या म्हणजे त्याची एकसमानता सुनिश्चित करणे. वेफर पृष्ठभागाची गुणवत्ता, अभिकर्मकांची शुद्धता आणि वाढीची पद्धत यावर अवलंबून, चित्रपटात काही किंवा इतर समस्या उद्भवतात. दोषदोषांचा एक सामान्य प्रकार म्हणजे सूक्ष्म- आणि मॅक्रोपोरेस, छिद्रांपर्यंत (विशेषतः पातळ ऑक्साईडमध्ये).

ऑक्साईड फिल्मची गुणवत्ता त्याच्या वाढीच्या तापमानात घट, तसेच कोरड्या ऑक्सिजनच्या वापरासह वाढते. म्हणून, एक पातळ गेट ऑक्साईड, ज्याची गुणवत्ता एमओएस ट्रान्झिस्टर पॅरामीटर्सची स्थिरता निर्धारित करते, कोरड्या ऑक्सिडेशनद्वारे प्राप्त होते. जाड ऑक्साईड वाढवताना, कोरडे आणि ओले ऑक्सिडेशन वैकल्पिक केले जाते: प्रथम दोषांची अनुपस्थिती सुनिश्चित करते आणि दुसरे प्रक्रियेचा वेळ कमी करण्यास अनुमती देते.

SiO2 चित्रपट मिळविण्याच्या इतर पद्धतींवर चर्चा केली आहे.

3.4 लिथोग्राफी

सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या तंत्रज्ञानामध्ये मुखवटे महत्त्वपूर्ण स्थान व्यापतात: ते डिपॉझिशन, डोपिंग, एचिंग आणि काही प्रकरणांमध्ये एपिटॅक्सीचे स्थानिक स्वरूप सुनिश्चित करतात. प्रत्येक मुखवटामध्ये पूर्व-डिझाइन केलेल्या छिद्रांचा एक संच असतो - खिडक्या. अशा खिडक्यांचे उत्पादन आहे लिथोग्राफीचे कार्य(कोरीवकाम). मास्क निर्मिती तंत्रज्ञानामध्ये आघाडीचे स्थान कायम ठेवले आहे फोटोलिथोग्राफी आणि इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफी.

३.४.१. फोटोलिथोग्राफी.फोटोलिथोग्राफी नावाच्या सामग्रीच्या वापरावर आधारित आहे फोटोरेसिस्ट. हा एक प्रकारचा फोटोग्राफिक इमल्शन आहे जो पारंपारिक फोटोग्राफीमध्ये ओळखला जातो. फोटोरेसिस्ट अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशास संवेदनशील असतात, म्हणून त्यांच्यावर फार गडद नसलेल्या खोलीत प्रक्रिया केली जाऊ शकते.

फोटोरेसिस्ट आहेत नकारात्मक आणि सकारात्मक.नकारात्मक फोटोरेसिस्ट प्रकाशाच्या क्रियेखाली पॉलिमराइझ करतात आणि एचंट्स (अम्लीय किंवा अल्कधर्मी) प्रतिरोधक बनतात. याचा अर्थ असा की स्थानिक प्रदर्शनानंतर, न उघडलेले क्षेत्र कोरले जातील (नियमित फोटो नकारात्मक प्रमाणे). सकारात्मक फोटोरेसिस्टमध्ये, प्रकाश, त्याउलट, पॉलिमर साखळ्या नष्ट करतो आणि म्हणूनच, प्रकाशित क्षेत्रे कोरली जातील.

भविष्यातील मुखवटाचे रेखाचित्र तथाकथित स्वरूपात बनविले आहे pho­ totemplate. फोटोमास्क एक जाड काचेची प्लेट आहे, ज्याच्या एका बाजूला आवश्यकतेसह एक पातळ अपारदर्शक फिल्म लावली जाते. रेखाचित्रपारदर्शक छिद्रांच्या स्वरूपात. 1: 1 च्या स्केलवर या छिद्रांचे (रेखांकन घटक) परिमाण भविष्यातील IC घटकांच्या परिमाणांशी संबंधित आहेत, म्हणजेच ते 20-50 मायक्रॉन किंवा त्याहून कमी (2-3 मायक्रॉन पर्यंत) असू शकतात. ICs एका गट पद्धतीने बनवल्या जात असल्याने, फोटोमास्कवर "पंक्ती" आणि "स्तंभ" सोबत बरीच समान रेखाचित्रे ठेवली जातात. प्रत्येक रेखांकनाचा आकार भविष्यातील आयसी चिपच्या आकाराशी संबंधित आहे.

सिलिकॉन वेफरच्या पृष्ठभागावर झाकणाऱ्या SiO2 ऑक्साईड मास्कमध्ये खिडक्या मिळविण्यासाठी फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे (आकृती 3.3). प्लेटच्या ऑक्सिडाइज्ड पृष्ठभागावर लागू केले जाते, उदाहरणार्थ, नकारात्मक फोटोरेसिस्ट (एफआर). फोटोरेसिस्ट (फोटोरेसिस्टच्या पॅटर्नसह) लेपित केलेल्या प्लेटवर FS फोटोमास्क लावला जातो आणि क्वार्ट्ज दिव्याच्या (आकृती 3.3a) अल्ट्राव्हायोलेट (UV) किरणांच्या संपर्कात येतो. त्यानंतर, फोटोमास्क काढला जातो आणि फोटोरेसिस्ट विकसित आणि निश्चित केला जातो.

जर पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्ट वापरला असेल, तर विकसित आणि फिक्सिंगनंतर (ज्यामध्ये फोटोरेसिस्टचे कडक होणे आणि उष्णता उपचार समाविष्ट आहे), फोटोमास्कवरील पारदर्शक भागांशी संबंधित असलेल्या त्या ठिकाणी खिडक्या मिळवल्या जातात.

जसे ते म्हणतात, चित्र हलवलेफोटोमास्क पासून फोटोरेसिस्ट पर्यंत. आता फोटोरेसिस्ट लेयर हा एक मुखवटा आहे जो ऑक्साईड लेयरच्या (आकृती 3.3b) विरुद्ध बसतो.

फोटोरेसिस्टिव मास्कद्वारे, ऑक्साईडचा थर सिलिकॉनपर्यंत कोरला जातो (या एचंटचा सिलिकॉनवर परिणाम होत नाही). हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड आणि त्यातील क्षारांचा वापर एचंट म्हणून केला जातो. परिणामी, फोटोरेसिस्टमधून नमुना ऑक्साईडमध्ये हस्तांतरित केला जातो. फोटोरेसिस्टिव्ह मास्क काढून टाकल्यानंतर (कोरणी) फोटोलिथोग्राफीचा अंतिम परिणाम म्हणजे खिडक्या (आकृती 3.3c) असलेल्या ऑक्साईड मास्कने झाकलेले सिलिकॉन वेफर. डिफ्यूजन, आयन इम्प्लांटेशन, इचिंग इत्यादी गोष्टी खिडक्यांमधून करता येतात.

आकृती 3.3 - फोटोलिथोग्राफीची प्रक्रिया

आयसी घटकांच्या निर्मितीच्या तांत्रिक चक्रांमध्ये, फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया वारंवार वापरली जाते (स्वतंत्रपणे बेस स्तर, उत्सर्जक, ओमिक संपर्क इ. प्राप्त करण्यासाठी). या प्रकरणात, तथाकथित फोटोमास्क संरेखन समस्या उद्भवते. फोटोलिथोग्राफीच्या वारंवार वापराने (पीपीआयएमएस तंत्रज्ञानामध्ये 5-7 वेळा), संरेखन सहिष्णुता एका मायक्रॉनच्या अंशांपर्यंत पोहोचते. संयोजन तंत्रामध्ये फोटोमास्कवर विशेष "चिन्ह" (उदाहरणार्थ, क्रॉस किंवा चौरस) बनवणे समाविष्ट आहे, जे ऑक्साईडच्या पॅटर्नमध्ये बदलतात आणि फोटोरेसिस्टच्या पातळ फिल्मद्वारे चमकतात. पुढील फोटोमास्क लागू करताना, सर्वात अचूक पद्धतीने (मायक्रोस्कोपखाली) ऑक्साईडवरील खुणा फोटोमास्कवरील समान चिन्हांसह एकत्रित केल्या जातात.

त्यानंतरच्या स्थानिक प्रसाराच्या उद्देशाने सिलिकॉन वेफर्सवर ऑक्साईड मास्क मिळविण्यासाठी फोटोलिथोग्राफीची विचारात घेतलेली प्रक्रिया वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. या प्रकरणात, फोटोरेसिस्टिव मुखवटा मध्यवर्ती, सहायक आहे, कारण ते उच्च तापमानाचा सामना करू शकत नाही ज्यावर प्रसार केला जातो. तथापि, काही प्रकरणांमध्ये, जेव्हा प्रक्रिया कमी तापमानात चालू असते, तेव्हा फोटोरेसिस्टिव मास्क मूलभूत असू शकतात - कार्यरत. सेमीकंडक्टर आयसीमध्ये मेटल वायरिंग तयार करण्याची प्रक्रिया हे एक उदाहरण आहे.

फोटोमास्क वापरताना, त्याचा इमल्शन लेयर 15-20 ऍप्लिकेशन्सनंतर झिजतो (मिटतो). मेटालायझेशनद्वारे फोटोमास्कचे सेवा आयुष्य दोन ऑर्डर किंवा त्याहून अधिक प्रमाणात वाढवता येते: इमल्शन फिल्मच्या जागी पोशाख-प्रतिरोधक धातूची फिल्म, सहसा क्रोमियम.

तंत्रज्ञानाच्या चक्रातील फोटोलिथोग्राफी ऑपरेशन्सच्या संख्येनुसार फोटोमास्क सेटमध्ये तयार केले जातात. सेटमध्ये, फोटोमास्क समन्वित केले जातात, म्हणजे, जेव्हा संबंधित चिन्ह संरेखित केले जातात तेव्हा ते पॅटर्नचे संरेखन सुनिश्चित करतात.

३.४.२ इलेक्ट्रोलिथोग्राफी.वर्णित पद्धती दीर्घकाळापासून मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या पायांपैकी एक आहेत. त्यांचे महत्त्व अजूनही कमी झालेले नाही. तथापि, एकात्मतेची डिग्री वाढल्यामुळे आणि IS घटकांचा आकार कमी झाल्यामुळे, अनेक समस्या उद्भवल्या, ज्या आधीच अंशतः निराकरण केल्या गेल्या आहेत आणि अंशतः अभ्यासाधीन आहेत.

मूलभूत मर्यादांपैकी एक चिंता ठराव, म्हणजे व्युत्पन्न केलेल्या मास्क पॅटर्नमधील किमान परिमाणे. वस्तुस्थिती अशी आहे की अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशाची तरंगलांबी 0.3-0.4 मायक्रॉन आहे. म्हणून, फोटोमास्क पॅटर्नमधील छिद्र कितीही लहान असले तरीही, फोटोरेसिस्टमधील या छिद्राच्या प्रतिमेचे परिमाण निर्दिष्ट मूल्यांपर्यंत पोहोचू शकत नाहीत (विवर्तनामुळे). म्हणून, घटकांची किमान रुंदी सुमारे 2 मायक्रॉन आहे आणि खोल अतिनील (तरंगलांबी 0.2-0.3 मायक्रॉन) - सुमारे 1 मायक्रॉन आहे. दरम्यान, मोठे आणि अति-मोठे ICs तयार करताना 1-2 μm च्या ऑर्डरचे आकार आधीच पुरेसे लहान नाहीत.

लिथोग्राफीचे रिझोल्यूशन वाढवण्याचा सर्वात स्पष्ट मार्ग म्हणजे एक्सपोजर दरम्यान लहान तरंगलांबी रेडिएशन वापरणे.

अलिकडच्या वर्षांत, पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत इलेक्ट्रॉनिक लिथोग्राफी . त्यांचे सार असे आहे की इलेक्ट्रॉनचा एक केंद्रित बीम स्कॅन(म्हणजे, ते "रेषेनुसार" हलवले जातात) प्लेटच्या पृष्ठभागावर इलेक्ट्रॉन रेझिस्टने लेपित केले जातात आणि दिलेल्या प्रोग्रामनुसार बीमची तीव्रता नियंत्रित केली जाते. ज्या बिंदूंवर "प्रकाशित" केले जावे, तेथे बीमचा प्रवाह जास्तीत जास्त असतो आणि ज्या ठिकाणी "अंधार" असावा, तो शून्य असतो. इलेक्ट्रॉन बीमचा व्यास बीममधील विद्युत् प्रवाहाच्या थेट प्रमाणात आहे: व्यास जितका लहान असेल तितका प्रवाह कमी असेल. तथापि, प्रवाह कमी झाल्यामुळे, एक्सपोजर वेळ वाढतो. म्हणून, रिझोल्यूशनमध्ये वाढ (बीमच्या व्यासात घट) प्रक्रियेच्या कालावधीत वाढ होते. उदाहरणार्थ, 0.2-0.5 μm च्या बीम व्यासासह, वेफरचा स्कॅनिंग वेळ, इलेक्ट्रोनोरेसिस्टच्या प्रकारावर आणि वेफरच्या आकारावर अवलंबून, दहा मिनिटांपासून कित्येक तासांपर्यंत असू शकतो.

इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफीच्या प्रकारांपैकी एक इलेक्ट्रॉन-प्रतिरोधक मुखवटे नाकारण्यावर आधारित आहे आणि त्यात थेट SiO2 च्या ऑक्साईड स्तरावर इलेक्ट्रॉन बीमची क्रिया समाविष्ट आहे. असे दिसून आले की "फ्लेअर" च्या ठिकाणी हा थर नंतर "अंधारलेल्या" भागांपेक्षा कित्येक पट वेगाने कोरला जातो.

इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफीसाठी किमान परिमाणे 0.2 µm आहेत, जरी कमाल साध्य करता येण्याजोगे 0.1 µm आहे.

लिथोग्राफीच्या इतर पद्धती तपासाधीन आहेत, उदाहरणार्थ, मऊ क्ष-किरण (1-2 nm तरंगलांबीसह) 0.1 µm आणि आयन-बीम लिथोग्राफी 0.03 µm किमान परिमाणे प्राप्त करण्यास अनुमती देतात.

3.5 डोपिंग

उच्च तापमानात प्रसार करून मूळ वेफरमध्ये (किंवा एपिटॅक्सियल लेयरमध्ये) अशुद्धतेचा परिचय ही ट्रान्झिस्टर संरचना आणि त्यावर आधारित इतर घटक तयार करण्यासाठी अर्धसंवाहक डोपिंगची प्रारंभिक आणि तरीही मुख्य पद्धत आहे. तथापि, अलीकडे डोपिंगची दुसरी पद्धत, आयन इम्प्लांटेशन, व्यापक बनली आहे.

3.5.1 प्रसार पद्धती.प्रसार सामान्य आणि स्थानिक असू शकतो. पहिल्या प्रकरणात, हे प्लेटच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर (आकृती 3.4a) चालते, आणि दुसऱ्यामध्ये - मास्कमधील खिडक्यांद्वारे प्लेटच्या काही भागात, उदाहरणार्थ, SiO2 च्या जाड थरात (आकृती ३.४ब) .

सामान्य प्रसरणामुळे वेफरमध्ये पातळ प्रसरण थर तयार होतो, जो एकसंध (खोलीत) अशुद्धता वितरणाद्वारे एपिटॅक्सियल लेयरपेक्षा वेगळा असतो (आकृती 3.6a आणि b मधील N(x) वक्र पहा).

आकृती 3.4 - सामान्य आणि स्थानिक प्रसार

स्थानिक प्रसार (आकृती 3.4b) च्या बाबतीत, अशुद्धता केवळ प्लेटच्या खोलीतच नाही तर सर्व लंब दिशांमध्ये देखील पसरते, म्हणजे मास्कच्या खाली. या तथाकथित पार्श्व प्रसाराच्या परिणामी, पृष्ठभागावर येणारा p-n संक्रमणाचा प्रदेश ऑक्साईडद्वारे "स्वयंचलितपणे" संरक्षित असल्याचे दिसून येते. . पार्श्व आणि मुख्य खोलीच्या दरम्यानचे गुणोत्तर -

"उभ्या" प्रसार अनेक घटकांवर अवलंबून असतो, ज्यामध्ये प्रसरण स्तराच्या खोलीचा समावेश होतो . पार्श्व प्रसाराच्या खोलीसाठी 0.8×L चे मूल्य वैशिष्ट्यपूर्ण मानले जाऊ शकते .

प्रसार एकदा किंवा वारंवार केला जाऊ शकतो. उदाहरणार्थ, पहिल्या प्रसारादरम्यान, प्रारंभिक एन-टाइप प्लेटमध्ये स्वीकारकर्ता अशुद्धता आणली जाऊ शकते आणि पी-लेयर मिळवता येते आणि नंतर, 2ऱ्या प्रसारादरम्यान, परिणामी पी-लेयरमध्ये दात्याची अशुद्धता आणली जाऊ शकते. (उथळ खोलीपर्यंत) आणि त्याद्वारे तीन-स्तर रचना प्रदान करते. त्यानुसार, दुहेरी आणि तिहेरी प्रसार (विभाग 4.2 पहा) मध्ये फरक केला जातो.

एकाधिक प्रसार पार पाडताना, हे लक्षात घेतले पाहिजे की सादर केलेल्या प्रत्येक नवीन अशुद्धतेची एकाग्रता मागील एकाग्रतेपेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे, अन्यथा चालकतेचा प्रकार बदलणार नाही, याचा अर्थ पी-एन जंक्शन तयार होणार नाही. दरम्यान, सिलिकॉन (किंवा इतर स्त्रोत सामग्री) मध्ये अशुद्धता एकाग्रता अनियंत्रितपणे मोठी असू शकत नाही: ती एका विशेष पॅरामीटरद्वारे मर्यादित आहे. - मर्यादा अशुद्धता विद्राव्यताएन.एस. मर्यादित विद्राव्यता तापमानावर अवलंबून असते. एका विशिष्ट तापमानात, ते कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते आणि नंतर पुन्हा कमी होते. जास्तीत जास्त मर्यादित विद्राव्यता, संबंधित तापमानासह, तक्ता 3.1 मध्ये दिली आहेत.

तक्ता 3.1

म्हणून, जर एकाधिक प्रसार केले गेले, तर शेवटच्या प्रसारासाठी जास्तीत जास्त मर्यादित विद्राव्यता असलेली सामग्री निवडणे आवश्यक आहे. अशुद्ध सामग्रीची श्रेणी मर्यादित असल्याने,

सलग 3 पेक्षा जास्त प्रसार प्रदान करणे शक्य नाही.

प्रसाराद्वारे ओळखल्या जाणार्‍या अशुद्धी म्हणतात डिफ्यूझर्स(बोरॉन, फॉस्फरस इ.). डिफ्यूसंट्सचे स्त्रोत त्यांचे रासायनिक संयुगे आहेत. हे द्रव (ВВr3, ROSl), घन (В2О3, P2O5) किंवा वायू (В2Н6, РН3) असू शकतात.

अशुद्धता समाविष्ट करणे सामान्यतः गॅस वाहतूक प्रतिक्रियांद्वारे चालते, जसे की एपिटॅक्सी आणि ऑक्सिडेशनमध्ये. यासाठी सिंगल-झोन किंवा टू-झोन प्रसार ओव्हन.

दोन-झोन ओव्हन घन diffusants बाबतीत वापरले जातात. अशा भट्ट्यांमध्ये (आकृती 3.5) दोन उच्च-तापमानाचे क्षेत्र आहेत, एक प्रसरण स्त्रोताच्या बाष्पीभवनासाठी, दुसरा प्रसारासाठी.

आकृती 3.5 - प्रसार प्रक्रिया

1ल्या झोनमध्ये प्राप्त होणारे डिफ्यूसंट स्त्रोत वाष्प तटस्थ वाहक वायूच्या प्रवाहात मिसळले जातात (उदाहरणार्थ, आर्गॉन) आणि ते एकत्रितपणे 2 रा झोनमध्ये पोहोचतात, जेथे सिलिकॉन वेफर्स असतात. दुसऱ्या झोनमध्ये तापमान पहिल्यापेक्षा जास्त आहे. येथे, डिफ्यूसंट अणू प्लेट्समध्ये आणले जातात, तर रासायनिक संयुगाचे इतर घटक झोनमधून वाहक वायूद्वारे वाहून जातात.

द्रव आणि वायू विसर्जन स्त्रोतांच्या बाबतीत, त्यांच्या उच्च-तापमान बाष्पीभवनाची आवश्यकता नाही. म्हणून, एकल-झोन फर्नेसेस वापरल्या जातात, जसे की एपिटॅक्सीमध्ये, ज्यामध्ये डिफ्यूझंट स्त्रोत आधीच वायूच्या अवस्थेत प्रवेश करतो.

डिफ्यूसंटचे द्रव स्रोत वापरताना, वाहक वायूमध्ये ऑक्सिजन जोडून ऑक्सिडायझिंग वातावरणात प्रसार केला जातो. ऑक्सिजन सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाचे ऑक्सिडायझेशन करते, ऑक्साइड SiO2 तयार करते, म्हणजे, थोडक्यात, काच. डिफ्यूसंटच्या उपस्थितीत (बोरॉन किंवा फॉस्फरस), बोरोसिलिकेटकिंवा फॉस्फोसिलिकेटकाच 1000°C पेक्षा जास्त तापमानात, हे ग्लासेस द्रव अवस्थेत असतात, सिलिकॉन पृष्ठभाग पातळ फिल्मने झाकतात. , जेणेकरून अशुद्धतेचा प्रसार द्रव अवस्थेतून होतो. घनतेनंतर, काच सिलिकॉनच्या पृष्ठभागाचे प्रसार बिंदूंवर संरक्षण करते,

म्हणजे ऑक्साईड मास्क विंडोमध्ये. डिफ्यूझंट - ऑक्साईड्सचे घन स्त्रोत वापरताना - चष्मा तयार करणे विशेषत: ऑक्सिजनशिवाय प्रसार प्रक्रियेत होते.

डिफ्यूजन लेयरमध्ये अशुद्धता वितरणाची दोन प्रकरणे आहेत.

1 अशुद्धतेच्या अमर्याद स्त्रोताचे प्रकरण.या प्रकरणात, डिफ्यूझंट सतत प्लेटमध्ये वाहते, ज्यामुळे त्याच्या जवळच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धतेची एकाग्रता NS प्रमाणे स्थिर राहते. जसजसा प्रसार वेळ वाढतो, तसतसे प्रसरण थराची खोली वाढते (आकृती 3.6a).

2 मर्यादित अशुद्धता स्त्रोताचे प्रकरण.या प्रकरणात, प्रथम प्लेटच्या पातळ-जवळच्या पृष्ठभागाच्या स्तरामध्ये (टाईम टी 1) विशिष्ट प्रमाणात विरघळणारे अणू सादर केले जातात, आणि नंतर डिफ्यूझंट स्त्रोत बंद केला जातो आणि अशुद्धता अणू प्लेटच्या खोलीवर पुन्हा वितरित केले जातात. एकूण संख्या अपरिवर्तित (आकृती 3.6b). या प्रकरणात, पृष्ठभागावरील अशुद्धता एकाग्रता कमी होते, तर प्रसार स्तराची खोली वाढते (वक्र t2 आणि t3). प्रक्रियेच्या पहिल्या टप्प्याला "फोर्सिंग" म्हणतात, दुसरा - अशुद्धतेचे "डिस्टिलेशन".

आकृती 3.6 - डिफ्यूझर वितरण

3.5.2 आयन रोपण.

आयन इम्प्लांटेशन ही एक वेफर (किंवा एपिटॅक्सियल लेयर) डोपिंग करण्याची एक पद्धत आहे ज्याद्वारे अशुद्धता आयनचा प्रवेग केला जातो ज्यामुळे घनतेच्या खोलीत प्रवेश करण्यासाठी पुरेशी उर्जा असते.

अशुद्धता अणूंचे आयनीकरण, आयनांचे प्रवेग आणि आयन बीमचे लक्ष केंद्रित करणे हे विशेष सुविधा जसे की आण्विक भौतिकशास्त्रातील कण प्रवेगकांमध्ये चालते. प्रसाराप्रमाणेच तीच सामग्री अशुद्धता म्हणून वापरली जाते.

आयनच्या प्रवेशाची खोली त्यांची ऊर्जा आणि वस्तुमान यावर अवलंबून असते. जितकी जास्त ऊर्जा असेल तितकी प्रत्यारोपित थराची जाडी जास्त. तथापि, जसजशी ऊर्जा वाढते, तसतसे प्रमाण वाढते रेडिएशन दोषक्रिस्टलमध्ये, म्हणजे, त्याचे इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्स खराब होतात. म्हणून, आयन ऊर्जा 100-150 keV पर्यंत मर्यादित आहे. खालची पातळी 5-10 केव्ही आहे. अशा उर्जा श्रेणीसह, स्तरांची खोली 0.1 - 0.4 μm च्या श्रेणीमध्ये असते, म्हणजेच, ती प्रसार स्तरांच्या सामान्य खोलीपेक्षा खूपच कमी असते.

इम्प्लांट केलेल्या लेयरमधील अशुद्धतेची एकाग्रता आयन बीममधील वर्तमान घनता आणि प्रक्रियेच्या वेळेवर अवलंबून असते किंवा ते म्हणतात त्याप्रमाणे एक्सपो वेळ-पोझिशन्सवर्तमान घनता आणि इच्छित एकाग्रतेवर अवलंबून, एक्सपोजर वेळ काही सेकंदांपासून 3-5 मिनिटे किंवा त्याहून अधिक (कधी कधी पर्यंत

1-2 तास). अर्थात, एक्सपोजर वेळ जितका जास्त तितका रेडिएशन दोषांची संख्या जास्त.

आयन इम्प्लांटेशन दरम्यान एक विशिष्ट अशुद्धता वितरण आकृती 3.6c मध्ये घन वक्र म्हणून दर्शविले आहे. जसे आपण पाहू शकतो, हे वितरण एका विशिष्ट खोलीवर जास्तीत जास्त उपस्थितीद्वारे प्रसार वितरणापेक्षा लक्षणीय भिन्न आहे.

आयन बीमचे क्षेत्रफळ (1-2 मिमी 2) प्लेटच्या क्षेत्रफळ (आणि कधीकधी क्रिस्टल) पेक्षा कमी असल्याने, एखाद्याला स्कॅनबीम, म्हणजे ते सहजतेने हलवा किंवा "चरणांमध्ये" (विशेष विक्षेपण प्रणालीच्या मदतीने) प्लेटच्या सर्व "पंक्ती" सोबत एक एक करून, ज्यावर वैयक्तिक आयसी स्थित आहेत.

मिश्रधातूची प्रक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, प्लेटच्या अधीन असणे आवश्यक आहे annealingसिलिकॉन क्रिस्टल जाळी ऑर्डर करण्यासाठी आणि अपरिहार्य रेडिएशन दोष दूर करण्यासाठी (किमान अंशतः) °C तापमानात. अॅनिलिंग तापमानात, प्रसार प्रक्रिया काही प्रमाणात वितरण प्रोफाइल बदलतात (आकृती 3.6c मध्ये डॅश केलेले वक्र पहा).

आयन रोपण मास्कद्वारे केले जाते, ज्यामध्ये आयन मार्ग सिलिकॉनपेक्षा खूपच लहान असणे आवश्यक आहे. मास्कसाठीची सामग्री सिलिकॉन डायऑक्साइड किंवा IC मध्ये सामान्य अॅल्युमिनियम असू शकते. त्याच वेळी, आयन इम्प्लांटेशनचा एक महत्त्वाचा फायदा असा आहे की आयन, सरळ रेषेत फिरतात, फक्त प्लेटच्या खोलीत प्रवेश करतात आणि पार्श्व प्रसार (मुखवटाखाली) सह व्यावहारिकपणे कोणतेही साधर्म्य नसते.

तत्वतः, आयन इम्प्लांटेशन, प्रसाराप्रमाणे, एक थर दुसर्‍यामध्ये "एम्बेड" करून वारंवार केले जाऊ शकते. तथापि, एकापेक्षा जास्त इम्प्लांटेशनसाठी आवश्यक असलेली उर्जा, एक्सपोजर वेळा आणि अॅनिलिंग पद्धती यांचे संयोजन कठीण आहे. म्हणून, आयन इम्प्लांटेशनला पातळ एकल स्तरांच्या निर्मितीमध्ये मुख्य वितरण प्राप्त झाले आहे.

3.6 पातळ चित्रपटांचे डिपॉझिशन

पातळ चित्रपट केवळ पातळ-फिल्म संकरित IC चा आधार नसतात, परंतु सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड सर्किट्समध्ये देखील मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. म्हणून, पातळ फिल्म्स मिळविण्याच्या पद्धती मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या सामान्य समस्यांपैकी एक आहेत.

पातळ फिल्म्स सब्सट्रेटवर आणि एकमेकांच्या वर ठेवण्यासाठी तीन मुख्य पद्धती आहेत: थर्मल(पोकळी) आणि आयन-प्लाझ्मा फवारणी,ज्याचे दोन प्रकार आहेत: कॅथोड स्पटरिंगआणि प्रत्यक्षात आयन-प्लाझ्मा.

3.6.1 थर्मल (व्हॅक्यूम) फवारणी.

या स्पटरिंग पद्धतीचे तत्त्व आकृती 3.7a मध्ये दर्शविले आहे. बेस प्लेट 2 वर मेटल किंवा काचेची टोपी 1 स्थित आहे. त्यांच्या दरम्यान एक गॅस्केट 3 आहे, जो कॅपच्या जागेतून हवा बाहेर काढल्यानंतर व्हॅक्यूम राखला जाईल याची खात्री करतो. सब्सट्रेट 4, ज्यावर डिपॉझिशन केले जाते, धारक 5 वर निश्चित केले जाते . धारकाला लागून गरम केले जाते (उष्ण सब्सट्रेटवर स्पटरिंग चालते). बाष्पीभवक 7 मध्ये एक हीटर आणि स्प्रे सामग्रीचा स्रोत समाविष्ट आहे. रोटरी डॅम्पर 8 बाष्पीभवनातून सब्सट्रेटपर्यंत वाष्प प्रवाह अवरोधित करते: डिपॉझिशन जेव्हा डँपर उघडे असते तेव्हापर्यंत टिकते.

हीटर हा सहसा रेफ्रेक्ट्री मेटल (टंगस्टन, मॉलिब्डेनम इ.) पासून बनलेला फिलामेंट किंवा सर्पिल असतो, ज्याद्वारे पुरेसा मोठा प्रवाह जातो. स्प्रे केलेल्या पदार्थाचा स्त्रोत वेगवेगळ्या प्रकारे हीटरशी संबंधित आहे: कंस ("हुसार") च्या स्वरूपात, फिलामेंटवर टांगलेले; सर्पिलने झाकलेल्या लहान रॉड्सच्या स्वरूपात, पावडरच्या स्वरूपात, त्यात ओतले जाते

आकृती 3.7 - चित्रपटांचा अनुप्रयोग

सर्पिल इत्यादींनी गरम केलेले क्रूसिबल. फिलामेंट्सऐवजी, इलेक्ट्रॉन बीम किंवा लेसर बीमच्या मदतीने गरम करणे अलीकडे वापरले गेले आहे.

वाष्प संक्षेपणासाठी सर्वात अनुकूल परिस्थिती सब्सट्रेटवर तयार केली जाते, जरी आंशिक संक्षेपण हुडच्या भिंतींवर देखील होते. खूप कमी सब्सट्रेट तापमान शोषलेल्या अणूंचे एकसमान वितरण प्रतिबंधित करते: ते वेगवेगळ्या जाडीच्या "बेटांमध्ये" गटबद्ध केले जातात, सहसा एकमेकांशी जोडलेले नसतात. याउलट, अतिउच्च तापमानामुळे नव्याने स्थायिक झालेले अणू वेगळे होऊन त्यांचे "पुनर्बाष्पीभवन" होते. म्हणून, उच्च-गुणवत्तेची फिल्म मिळविण्यासाठी, सब्सट्रेटचे तापमान विशिष्ट इष्टतम मर्यादेत असणे आवश्यक आहे (सामान्यतः 200-400 डिग्री सेल्सियस). अनेक घटकांवर (सबस्ट्रेट तापमान, बाष्पीभवनापासून सब्सट्रेटपर्यंतचे अंतर, जमा केलेल्या सामग्रीचा प्रकार, इ.) अवलंबून फिल्म वाढीचा दर प्रति सेकंद दहाव्या ते दहा नॅनोमीटरपर्यंत असतो.

बाँड स्ट्रेंथ - फिल्मला सब्सट्रेट किंवा इतर फिल्मला चिकटवणे - म्हणतात आसंजन. काही सामान्य सामग्री (जसे की सोने) मध्ये सिलिकॉनसह ठराविक सब्सट्रेट्समध्ये खराब चिकटपणा असतो. अशा परिस्थितीत, तथाकथित अंडरलेअर, जे चांगल्या आसंजन द्वारे दर्शविले जाते, आणि नंतर त्यावर आधारभूत सामग्री फवारली जाते, ज्याला सबलेयरला देखील चांगले चिकटते. उदाहरणार्थ, सोन्यासाठी, सबलेयर निकेल किंवा टायटॅनियम असू शकते.

बाष्पीभवनातून सब्सट्रेटवर जाणाऱ्या जमा केलेल्या पदार्थाचे अणू अवशिष्ट वायूच्या अणूंशी किमान टक्कर अनुभवण्यासाठी आणि त्याद्वारे, किमान विखुरणे, खाली असलेल्या जागेत पुरेशी उच्च व्हॅक्यूम सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. टोपी आवश्यक व्हॅक्यूमचा निकष अशी स्थिती असू शकते की अणूंचा सरासरी मुक्त मार्ग बाष्पीभवन आणि थर यांच्यातील अंतरापेक्षा कित्येक पटीने जास्त आहे. तथापि, ही स्थिती बर्‍याचदा अपुरी असते, कारण कितीही अवशिष्ट वायू जमा केलेल्या फिल्मच्या दूषिततेने भरलेला असतो आणि त्याच्या गुणधर्मांमध्ये बदल होतो. म्हणून, तत्त्वानुसार, थर्मल स्प्रे इंस्टॉलेशन्समधील व्हॅक्यूम शक्य तितक्या जास्त असावे. व्हॅक्यूम सध्या 10-6 mmHg च्या खाली आहे. कला. हे अस्वीकार्य मानले जाते आणि अनेक प्रथम श्रेणीच्या स्पटरिंग इंस्टॉलेशन्समध्ये ते 10-11 मिमी एचजी पर्यंत आणले गेले आहे. कला.

मायक्रोसर्किट संरचना तयार करण्याचे सिद्धांत. इलेक्ट्रॉनिक व्हॅक्यूम स्वच्छता

एकात्मिक तंत्रज्ञानाची मूलभूत तत्त्वे. स्थानिकतेचे तत्त्व. लेयरिंगचे तत्त्व. धुळीचे वातावरण. हवेचे तापमान आणि आर्द्रता. परिसर आणि स्थानिक खंडांची स्वच्छता. मॉड्यूलर स्वच्छ खोल्या.

पाणी, वायू आणि वायू माध्यम ICs च्या उत्पादनात वापरले जातात

स्वच्छ पाणी, गॅस आणि गॅस मिश्रण वापरण्याची गरज. उपकरणे, परिसराची स्वच्छता आणि कामगारांची वैयक्तिक स्वच्छता.

तांत्रिक प्रक्रियेसाठी आवश्यकता. मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या उत्पादनासाठी अटींची आवश्यकता

विश्वसनीयता. नफा. सुरक्षा. उत्पादनक्षमता. डिझाइन आणि तांत्रिक दस्तऐवजीकरण विकसित करण्याची आवश्यकता.

इंगॉट्स तयार करणे आणि त्यांना वेफर्समध्ये कापणे

इनगॉट ओरिएंटेशन. बेस कट निर्मिती. प्लेट्स मध्ये ingots कापून.

प्लेट्सचे मशीनिंग. अपघर्षक साहित्य आणि साधने

प्लेट्सच्या मशीनिंगची आवश्यकता आणि सार. प्लेट्स पीसणे आणि पॉलिश करण्यासाठी वापरले जाणारे अपघर्षक साहित्य आणि साधने.

ग्राइंडिंग आणि चेम्फरिंग, पॉलिशिंग प्लेट्स

प्लेट पीसणे. प्लेट पॉलिशिंग. चेंफर काढणे. पद्धती आणि तंत्रज्ञान

9 मशीनिंगनंतर वेफर्स आणि सब्सट्रेट्सचे गुणवत्ता नियंत्रण

मशीनिंगनंतर प्लेट्सच्या भौमितिक परिमाणांचे मोजमाप. प्लेट्सचे पृष्ठभाग गुणवत्ता नियंत्रण. प्लेटवरील मायक्रोरोफनेसच्या उंचीचे मोजमाप.

10 प्लेट्स साफ करणे. पद्धती आणि साधने

दूषित पदार्थांचे वर्गीकरण आणि साफसफाईच्या पद्धती. विसर्जन, जेट, इ द्वारे degreasing. प्लेट्सच्या पृष्ठभागाच्या स्वच्छतेचे निरीक्षण करण्याच्या पद्धती.

11 प्लेट्सच्या पृष्ठभागाची रासायनिक प्रक्रिया आणि साफसफाई. स्वच्छता प्रक्रियेची तीव्रता

सॉल्व्हेंट्समध्ये डीग्रेझिंग, सॉल्व्हेंट वाष्पांमध्ये डीग्रेझिंग, डिटर्जंट पावडरमध्ये, अल्कलीमध्ये, पेरोक्साइड-अमोनिया सोल्यूशनमध्ये डीग्रेझिंग. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) degreasing, hydromechanical स्वच्छता, जेट स्वच्छता, उकळणे, इ.

प्लेट एचिंग

सिलिकॉन एचिंग गतीशास्त्र. निवडक आणि पॉलिशिंग नक्षीकाम. वापरलेल्या सामग्रीच्या गुणधर्मांवर नक्षी दराचे अवलंबन.

13 कोरडी स्वच्छता. कमी दाबाने गॅस डिस्चार्ज होतो

फवारणी गुणांक. एचिंगची विशिष्ट वैशिष्ट्ये. आयन-बीम एचिंग.

14प्लाझ्मा एचिंग पद्धती

आयन एचिंग प्रक्रियेचे भौतिकशास्त्र. पृष्ठभाग फवारणी कार्यक्षमता. डायोड आणि ट्रायोड चेंबर्समध्ये एचिंग. त्यांच्या डिझाइनची वैशिष्ट्ये, फायदे आणि तोटे.

15आयन-प्लाझ्मा आणि आयन-बीम एचिंग.

प्लाझ्मा एचिंगच्या प्रतिक्रियात्मक पद्धती: आयन-बीम आणि आयन-प्लाझ्मा एचिंग. गॅस युक्त मिश्रणाचा वापर करून प्लाझ्मा एचिंग.

16प्लाझ्मा केमिकल एचिंग, रिऍक्टिव्ह आयन एचिंग

प्लाझ्मा कोरीव काम. रॅडिकल प्लाझ्मा-केमिकल एचिंग. प्रतिक्रियात्मक आयन-प्लाझ्मा एचिंग आणि आयन-बीम एचिंग एचिंग एनिसोट्रॉपी आणि निवडकता.

17 एचिंगचा दर आणि निवडकता ठरवणारे घटक

आयनांची ऊर्जा आणि घटनांचा कोन. कार्यरत वायूची रचना. दाब, शक्ती घनता आणि वारंवारता. प्रवाह दर. उपचार केलेल्या पृष्ठभागाचे तापमान.

18 वेफर्स आणि सब्सट्रेट्सचे गुणवत्ता नियंत्रण

प्लेट पृष्ठभाग नियंत्रण. पृष्ठभाग साफ करणे गुणवत्ता नियंत्रण (ग्लोइंग पॉइंट पद्धत, ड्रॉप पद्धत, ट्रायबोमेट्रिक पद्धत, अप्रत्यक्ष पद्धत).

19 छायाचित्रण. फोटोरेसिस्ट. फोटोलिथोग्राफी ऑपरेशन्स

सक्रिय प्रतिकार. नकारात्मक आणि सकारात्मक फोटोरेसिस्टच्या विकिरणानंतर फोटोरेसिस्टमध्ये प्रकाश रासायनिक प्रक्रिया घडतात. फोटोरेसिस्टिव्ह फिल्मवर नमुना मिळविण्यासाठी ऑपरेशन्सची वैशिष्ट्ये.

20 फोटोलिथोग्राफिक ऑपरेशन्सचे तंत्रज्ञान

फोटोलिथोग्राफीच्या ऑपरेशनच्या पद्धती आणि सार. फोटोरेसिस्टिव फिल्म प्रोसेसिंग मोड आणि त्यांचे अचूक पालन करण्याची आवश्यकता.

21 गैर-संपर्क फोटोलिथोग्राफी. संपर्क फोटोलिथोग्राफीची मर्यादा. प्रोजेक्शन फोटोलिथोग्राफी

मायक्रोगॅप फोटोलिथोग्राफी. 1:1 इमेज ट्रान्समिशन आणि इमेज रिडक्शनसह प्रोजेक्शन फोटोलिथोग्राफी. संपर्क फोटोलिथोग्राफीची भौतिक आणि तांत्रिक मर्यादा.

22 थर्मल व्हॅक्यूम डिपॉझिशन

पदार्थाची वाफ तयार होणे. वाष्पाचा स्त्रोतापासून सब्सट्रेट्सपर्यंत प्रसार. सब्सट्रेट पृष्ठभागावर वाष्प संक्षेपण. पातळ फिल्मची निर्मिती. थर्मल व्हॅक्यूम फवारणी तंत्र. पद्धतीचे फायदे आणि तोटे.

सिलिकॉन वेफर्सवर ऑक्साईड फिल्म्स मिळविण्यासाठी पद्धतींचे प्रकार

भारदस्त दाबाने थर्मल ऑक्सिडेशन. हायड्रोजन क्लोराईड वाष्पांच्या व्यतिरिक्त थर्मल ऑक्सिडेशन. थर्मल ऑक्साईड वाढवण्यासाठी नियम आणि परिस्थितीची निवड.

26 सिलिकॉन डायऑक्साइडचे गुणधर्म

सिलिकॉन डायऑक्साइडची रचना सिलिकॉन डायऑक्साइडच्या सच्छिद्रतेवर परिणाम करणारे घटक.

संरचनांचे धातूकरण

ओमिक संपर्क, वर्तमान-वाहक ट्रॅक आणि पॅडसाठी आवश्यकता. तंत्रज्ञान आणि संरचनांच्या धातूकरणाची वैशिष्ट्ये.

असेंब्लीसाठी सेमीकंडक्टर स्ट्रक्चर्सची तयारी

इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्सद्वारे तयार संरचनांचे नियंत्रण. प्लेट्सला चिकटवलेल्या वाहकाला जोडणे. वेफर्सला क्रिस्टल्समध्ये वेगळे करण्याच्या प्रक्रियेसाठी आवश्यकता. प्लेट्स आणि सब्सट्रेट्सचे डायमंड आणि लेसर स्क्राइबिंग. डायमंड कटरसह स्क्रिबिंग प्लेट्स. प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये, फायदे आणि तोटे.

61 ओरिएंटेड प्लेट वेगळे करण्याच्या पद्धती

प्लेट्सचे स्फटिकांमध्ये त्यांचे अभिमुखता जतन करून वेगळे करणे. तांत्रिक प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये. डिस्क कटिंगचे फायदे आणि तोटे. प्लेट्स तोडणे. पुढील ब्रेकिंगचा वापर न करता प्लेट्स वेगळे करणे

शतालोवा व्ही.व्ही.

शिक्षकांनी तयार केलेले प्रश्न

1. मालिशेवा I.A. एकात्मिक सर्किट्सच्या उत्पादनासाठी तंत्रज्ञान. - एम.: रेडिओ आणि कम्युनिकेशन, 1991

2. Zee S. VLSI तंत्रज्ञान. - एम.: मीर, 1986

3. टिल यू., लॅक्सन जे. इंटिग्रेटेड सर्किट्स, साहित्य, उपकरणे, उत्पादन. - एम.: मीर, 1985.

4. मल्लर आर., केमिन्स टी. एकात्मिक सर्किट्सचे घटक. - एम.: मीर, 1989.

5. कोलेडोव्ह एल.ए. मायक्रोसर्किट्स, मायक्रोप्रोसेसर आणि मायक्रोअसेंबलीचे तंत्रज्ञान आणि डिझाइन्स - एम.: लॅन-प्रेस एलएलसी, 2008.

6. वनगिन ई.ई. स्वयंचलित आयसी असेंब्ली - मिन्स्क: हायर स्कूल, 1990.

7. चेरन्याएव व्ही.एन. एकात्मिक सर्किट्स आणि मायक्रोप्रोसेसरच्या उत्पादनाचे तंत्रज्ञान. - एम.: रेडिओ आणि कम्युनिकेशन, 1987

8. परफेनोव्ह ओ.डी. मायक्रोचिप तंत्रज्ञान, - एम.: हायर स्कूल, 1986.

9. तुर्तसेविच ए.एस. एकात्मिक सर्किट्स आणि सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या उत्पादनाच्या तंत्रज्ञानामध्ये पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनचे चित्रपट. - मिन्स्क: बेल सायन्स, 2006.

10. श्चुका ए.ए. नॅनोइलेक्ट्रॉनिक्स. - एम.: फिझमत्कनिगा, 2007.

मायक्रोसर्किट उत्पादन तंत्रज्ञानाची सामान्य वैशिष्ट्ये

मूलभूत संकल्पना. एकात्मिक सर्किट्स (ICs) चे वर्गीकरण आणि वैशिष्ट्ये. आयसी उत्पादन तंत्रज्ञानाचे मुख्य टप्पे, त्यांचा उद्देश आणि भूमिका. एकात्मिक तंत्रज्ञानाची तत्त्वे, मायक्रो सर्किट स्ट्रक्चर्स तयार करण्याच्या पद्धती, आयसी उत्पादन तंत्रज्ञानाची वैशिष्ट्ये.

सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या मुख्य तांत्रिक प्रक्रिया म्हणजे ऑक्सिडेशन, फोटोलिथोग्राफी, डिफ्यूजन, एपिटॅक्सी आणि आयन डोपिंग.

सिलिकॉन ऑक्सिडेशन.सेमीकंडक्टर इंटिग्रेटेड सर्किट्स तयार करण्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये या प्रक्रियेला खूप महत्त्व आहे. सिलिकॉन डायऑक्साइड Si0 2 एक ग्लासी ऑक्साईड आहे ज्याची रासायनिक रचना क्वार्ट्ज ग्लास सारखीच असते. हे ऑक्साइड वैयक्तिक सर्किट घटकांसाठी चांगले इन्सुलेटर आहेत, एक मुखवटा म्हणून काम करतात जे प्रसारादरम्यान अशुद्धतेच्या प्रवेशास प्रतिबंध करतात, पृष्ठभागाचे संरक्षण करण्यासाठी आणि सक्रिय डायलेक्ट्रिक घटक तयार करण्यासाठी वापरले जातात (उदाहरणार्थ, MOSFET मध्ये). ते सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावर एकसमान सतत कोटिंग तयार करतात, जे सहजपणे कोरले जाते आणि स्थानिक भागांमधून काढले जाते. री-ऑक्सिडेशन संरक्षण प्रदान करते पी-एन- पर्यावरणीय प्रभावांपासून संक्रमण. सिलिकॉन आणि सिलिकॉन डायऑक्साइडचे थर्मल विस्तार गुणांक जवळ आहेत. सिलिकॉन डायऑक्साइड चांगले चिकटलेले असते आणि वेफर पृष्ठभागावर तयार करणे तुलनेने सोपे असते.

तयार करण्याच्या पद्धतीनुसार, थर्मल आणि अॅनोडिक ऑक्साईड वेगळे केले जातात.

थर्मल ऑक्साइड ऑक्सिजन आणि ऑक्सिजन असलेल्या इतर पदार्थांसह सिलिकॉनच्या गरम-प्रवेगक प्रतिक्रियांद्वारे प्राप्त केले जातात. असे ऑक्साइड ~1 µm जाड असतात आणि त्यांची घनता जास्त असते.

थर्मल ऑक्सिडेशन पद्धतीमध्ये दोन प्रकार आहेत:

1) कोरड्या ऑक्सिजन आणि आर्द्र वायूंच्या प्रवाहात उच्च-तापमानाचे ऑक्सीकरण;

2) पाण्याच्या वाफेमध्ये उच्च दाबावर (50 MPa पर्यंत), तुलनेने कमी तापमानात (5OO...900°C) ऑक्सिडेशन.

आर्द्र वायूंच्या प्रवाहात ऑक्सिडेशनअंजीर 1.8 नुसार केले. सिलिकॉन वेफर्स क्वार्ट्ज ट्यूबमध्ये ठेवल्या जातात, जेथे तापमान 1100°C वर सेट केले जाते. पाईपचे एक टोक ह्युमिडिफायर (डीआयोनाइज्ड वॉटर) शी जोडलेले असते ज्याद्वारे गॅस (आर्गॉन, नायट्रोजन इ.) जातो. ह्युमिडिफायर बंद केल्यावर, कोरडा ऑक्सिजन थेट क्वार्ट्ज ट्यूबमध्ये प्रवेश करतो. ऑक्सिडेशन खालील क्रमाने चालते: कोरड्या ऑक्सिजनमध्ये प्राथमिक धारण (~15 मि); ओलसर ऑक्सिजनमध्ये दीर्घकालीन ऑक्सिडेशन (2 तास) आणि कोरड्या ऑक्सिजनमध्ये अंतिम ऑक्सिडेशन. पहिले ऑपरेशन लहान जाडीची मजबूत फिल्म देते. आर्द्र ऑक्सिजनमध्ये थर्मल उपचार जलद फिल्म वाढ प्रदान करते (1 μm पर्यंत), परंतु त्याची घनता अपुरी आहे. कोरड्या ऑक्सिजनमध्ये त्यानंतरच्या उपचारांमुळे चित्रपटाचे घनता आणि त्याच्या संरचनेत सुधारणा होते.

सर्वात सामान्यपणे वापरल्या जाणार्‍या ऑक्साईडची जाडी ही मायक्रोमीटरचा दहावा भाग आहे आणि जाडीची वरची मर्यादा 1 µm आहे. ऑक्सिडाइज्ड माध्यमामध्ये क्लोरीन-युक्त घटक जोडल्याने ऑक्सिडेशनचा दर वाढतो आणि ब्रेकडाउनची तीव्रता वाढते. क्लोरीनची मुख्य भूमिका म्हणजे अशुद्धता अणूंचे (पोटॅशियम, सोडियम, इ.) रूपांतर करणे, जे चुकून सिलिकॉन डायऑक्साइडमध्ये इलेक्ट्रिकली निष्क्रिय अणूंमध्ये बदलते.

उच्च दाबाने पाण्याच्या वाफेमध्ये सिलिकॉनचे ऑक्सीकरणचेंबरमध्ये चालते, ज्याची आतील पृष्ठभाग अवांछित प्रतिक्रिया टाळण्यासाठी सोन्याने किंवा इतर जड धातूने लेपित असते. सिलिकॉन वेफर्स आणि उच्च शुद्धतेचे ठराविक प्रमाणात पाणी चेंबरमध्ये ठेवले जाते, जे ऑक्सिडेशन तापमानाला (500...800°C) गरम केले जाते. चित्रपटाची जाडी ऑक्सिडेशन, दाब आणि पाण्याची वाफ एकाग्रतेच्या कालावधीवर अवलंबून असते.

ऑक्साईड फिल्मच्या गुणवत्तेवर कार्य व्हॉल्यूमच्या शुद्धतेवर परिणाम होतो ज्यामध्ये प्रक्रिया केली जाते. अगदी क्षुल्लक प्रमाणात अशुद्ध अणूंचा प्रवेश केल्याने मूळ वर्कपीसच्या सामग्रीचे गुणधर्म लक्षणीयरीत्या बदलू शकतात. सर्वात हानिकारक प्रभाव तांब्याच्या अशुद्धतेमुळे होतो, ज्याचे सिलिकॉनमध्ये प्रसार गुणांक खूप जास्त आहे.

दूषित घटकांपासून सिलिकॉनचे प्रीऑक्सिडेटिव्ह शुद्धीकरण हे चित्रपटांमध्ये खंडित होण्यास कारणीभूत ठरते. उच्च दाब ऑक्सिडेशनचा फायदा म्हणजे कालावधी न वाढवता प्रक्रियेचे तापमान कमी करण्याची शक्यता आहे.

एनोड ऑक्सिडेशनसिलिकॉनमध्ये दोन बदल आहेत: द्रव इलेक्ट्रोलाइटमध्ये ऑक्सिडेशन आणि गॅस प्लाझ्मामध्ये. एनोडिक ऑक्सिडेशन प्रक्रियेमुळे कमी तापमानात ऑक्साईड फिल्म्स मिळणे शक्य होते, जे प्रीफॉर्म्ड डिफ्यूजन क्षेत्रांमध्ये अशुद्धतेचे पुनर्वितरण मर्यादित करते.

इंटरलेयर इन्सुलेशन तयार करण्यासाठी, ऑक्सिडेशन प्रक्रिया वापरली जात नाही आणि डायलेक्ट्रिक लेयर्स डिपॉझिशनद्वारे प्राप्त केले जातात.

सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्म्सचे संरक्षणात्मक स्तर म्हणून खालील तोटे आहेत: 1) संरचनेची छिद्र, ज्यामुळे पाण्याची वाफ आणि काही अशुद्धता मूळ सिलिकॉन पृष्ठभागावर जाण्याची शक्यता असते; 2) सिलिकॉन डायऑक्साइड फिल्मद्वारे स्थलांतरित करण्यासाठी अनेक घटकांच्या अणूंची क्षमता, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या वैशिष्ट्यांमध्ये अस्थिरता येते.

फोटोलिथोग्राफी.फोटोलिथोग्राफी ही सब्सट्रेट डायऑक्साइड पृष्ठभागावर सर्किट टोपोलॉजीची फोटोरेसिस्ट प्रतिमा तयार करण्याची आणि नंतर ती सब्सट्रेटमध्ये हस्तांतरित करण्याची प्रक्रिया आहे. संरचनेत, हे मुद्रित सर्किट बोर्ड कंडक्टरच्या निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणार्‍या पद्धतींशी जुळते. तथापि, उच्च रिझोल्यूशनच्या आवश्यकतांमुळे आणि वापरलेल्या सामग्रीची गुणवत्ता आणि पर्यावरणाच्या स्वच्छतेसाठी वाढीव आवश्यकतांमुळे या प्रक्रियेची स्वतःची वैशिष्ट्ये आहेत.

फोटोरेसिस्ट हे सेंद्रिय द्रावणाच्या पातळ फिल्म्स आहेत, ज्यामध्ये अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशाच्या संपर्कात आल्यानंतर, पॉलिमराइज आणि अघुलनशील बनण्याचे गुणधर्म असले पाहिजेत. फोटोरेसिस्टसाठी मुख्य आवश्यकता म्हणजे उच्च रिझोल्यूशन, प्रकाश संवेदनशीलता, एचंट्सचा प्रतिकार आणि विविध रासायनिक द्रावण, उत्पादनाच्या पृष्ठभागावर चांगले चिकटणे.

फोटोरेसिस्टचे रिझोल्यूशन म्हणजे बोर्डच्या पृष्ठभागाच्या एक मिलीमीटरवर लागू केल्या जाऊ शकणाऱ्या ओळींची संख्या त्यांच्यामध्ये त्यांच्या रुंदीइतकी अंतर असते. रिझोल्यूशन फोटोरेसिस्टच्या प्रकारावर आणि लेयरच्या जाडीवर अवलंबून असते. पातळ थरांसह, ते जाड असलेल्यांपेक्षा मोठे आहे.

नमुना तयार करण्याच्या पद्धतीनुसार, फोटोरेसिस्ट्स नकारात्मक आणि सकारात्मक (चित्र 1.9) मध्ये विभागले जातात.

नकारात्मक फोटोरेसिस्टचे क्षेत्र, जे फोटोमास्कच्या पारदर्शक क्षेत्राखाली आहेत, अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशाच्या कृती अंतर्गत, विकासादरम्यान विरघळू नये म्हणून गुणधर्म प्राप्त करतात. सॉल्व्हेंटमध्ये विकसित होत असताना फोटोमास्कच्या अपारदर्शक क्षेत्राखाली असलेल्या फोटोरेसिस्टचे क्षेत्र सहजपणे काढले जातात. अशा प्रकारे तयार केले जाते; आराम, जी फोटोमास्कच्या प्रकाश घटकांची प्रतिमा आहे (चित्र 1.9, अ).

पॉलीव्हिनिल अल्कोहोलपासून नकारात्मक फोटोरेसिस्ट तयार केले जातात. ते विषारी घटकांच्या अनुपस्थितीमुळे, स्वीकार्य रिझोल्यूशन (50 ओळी/मिमी पर्यंत), विकासाची सुलभता आणि कमी खर्चामुळे मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. गैरसोय म्हणजे 3 ... 5 तासांपेक्षा जास्त रिक्त जागा जमा केलेल्या लेयरसह संग्रहित करणे अशक्य आहे, कारण नंतरचे अंधारातही कठोर होते. याव्यतिरिक्त, आर्द्रता आणि सभोवतालच्या तापमानात घट झाल्यामुळे, प्रकाशसंवेदनशील थराची यांत्रिक शक्ती आणि पृष्ठभागावरील चिकटपणा कमी होतो.

विकिरणांच्या कृती अंतर्गत सकारात्मक फोटोरेसिस्ट त्याचे गुणधर्म अशा प्रकारे बदलतात की प्रक्रिया करताना, त्याचे विकिरणित भाग विकसकांमध्ये विरघळतात आणि विकिरण न केलेले क्षेत्र (फोटोमास्कच्या अपारदर्शक भागाखाली स्थित) बोर्डच्या पृष्ठभागावर राहतात (चित्र 1.9). , ब).

पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्टसाठी, डायझो संयुगांवर आधारित सामग्री वापरली जाते, ज्यामध्ये प्रकाशसंवेदनशील पॉलिमर बेस (नोव्होलॅक राळ), एक सॉल्व्हेंट आणि काही इतर घटक असतात. आसंजन आणि रिझोल्यूशनच्या बाबतीत, ते नकारात्मक फोटोरेसिस्टपेक्षा श्रेष्ठ आहेत, परंतु ते अधिक महाग आहेत आणि त्यात विषारी सॉल्व्हेंट्स असतात. सकारात्मक फोटोरेसिस्टचे रिझोल्यूशन 350 रेषा/मिमी पर्यंत आहे. पॉझिटिव्ह फोटोरेसिस्टचा फायदा म्हणजे फोटोसेन्सिटिव्ह लेयर लावलेल्या रिकाम्या जागा साठवताना टॅनिंगची अनुपस्थिती.

आयसी उत्पादनाच्या तांत्रिक प्रक्रियेत, द्रव आणि कोरडे फोटोरेसिस्ट वापरले जातात.

लिक्विड फोटोरेसिस्ट बुडवून (डिपिंग), सेंट्रीफ्यूगेशनसह ओतणे, रिबड रोलरसह रोलिंग आणि इतर पद्धतींनी लागू केले जातात.

ड्राय फोटोरेसिस्ट, जे त्यांच्या अधिक उत्पादनक्षमतेमुळे आणि वापरण्याच्या सुलभतेमुळे अधिक व्यापक झाले आहेत, तीन स्तरांची पातळ रचना आहे: एक ऑप्टिकली पारदर्शक फिल्म (सामान्यतः पॉलीथिलीन टेरेफ्थालेट), एक प्रकाशसंवेदनशील पॉलिमर आणि एक संरक्षणात्मक लव्हसन फिल्म. ते भारदस्त तपमानावर संरक्षणात्मक थर काढून टाकून आणि फोटोरेसिस्टच्या ग्लूइंगसह लागू केले जातात. नमुना उघड झाल्यानंतर, ऑप्टिकल फिल्म काढली जाते आणि प्रतिमा पाण्यात विकसित केली जाते. या प्रकरणात, चित्रातील न उघडलेले क्षेत्र काढले जातात.

सर्किट पॅटर्नचे उच्च रिझोल्यूशन सकारात्मक फोटोरेसिस्टद्वारे प्रदान केले जाते. तथापि, त्यांचे फायदे नकारात्मक फोटोरेसिस्ट वापरण्याची शक्यता वगळत नाहीत, जे अधिक ऍसिड-प्रतिरोधक आणि विकसित करणे सोपे आहे.

संपर्क मुद्रणाच्या अंमलबजावणीमध्ये फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेचे मुख्य टप्पे अंजीर 1.10 मध्ये दर्शविले आहेत.

सब्सट्रेट पृष्ठभागाची तयारी (Fig. 1.10, a) फोटोरेसिस्टच्या चिकटपणावर लक्षणीय परिणाम करते. कोणत्याही अतिरिक्त पृष्ठभागाच्या उपचारांशिवाय प्लेटचे ऑक्सिडायझेशन झाल्यानंतर लगेच लागू केले जावे. जर सब्सट्रेट्स एका तासापेक्षा जास्त काळ साठवले गेले, तर कोरड्या ऑक्सिजन किंवा नायट्रोजनमध्ये t=1000°C वर अनेक मिनिटांसाठी उष्णता उपचार केले जातात. हे सब्सट्रेट पृष्ठभागाची हायड्रोफिलिसिटी काढून टाकते.

फोटो-प्रतिरोधक सेंट्रीफ्यूगेशन (Fig. 1.10.6) द्वारे लागू केले जाते. फोटोरेसिस्ट लेयरची इष्टतम जाडी 0.3...0.8 µm च्या श्रेणीत आहे. जेव्हा लेयरची जाडी 0.2 μm पेक्षा कमी असते, तेव्हा पंक्चरची संभाव्यता झपाट्याने वाढते आणि 1 μm पेक्षा जास्त जाडीवर, प्रक्रियेचे रिझोल्यूशन कमी होते, ज्यामुळे लहान परिमाणांसह घटक मिळवणे अशक्य होते.

फोटोरेसिस्ट लागू करताना, लेयरची एकसमानता (छिद्रांची अनुपस्थिती, परदेशी कण इ.) आणि जाडीमध्ये एकसमानता सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. लेयरची एकसंधता प्रारंभिक फोटोरेसिस्टची शुद्धता, वातावरणाची शुद्धता, रीती आणि कोरडे करण्याची पद्धत यावर अवलंबून असते. थर जाडीची एकसमानता फोटोरेसिस्टच्या चिकटपणावर आणि त्याच्या जमा करण्याच्या पद्धतींवर अवलंबून असते. एक्सपोजर दरम्यान फोटोमास्कच्या फोटोमास्कच्या अपूर्ण फिटमुळे कॉन्ट्रास्ट खराब होण्याचे कारण जाडीमध्ये लेयरची असमानता आहे.

एक मजबूत आणि एकसंध फिल्म तयार करण्यासाठी फोटोरेसिस्ट लेयरमधून सॉल्व्हेंट काढून टाकणे t = 18...20°C तापमानावर 15...30 मिनिटांसाठी कोरडे करून आणि नंतर t=90...100°C वर केले जाते. 30 मिनिटांसाठी

फोटोमास्कमधून फोटोरेसिस्टच्या थराने झाकलेल्या प्लेटमध्ये प्रतिमेचे हस्तांतरण एक्सपोजरद्वारे लक्षात येते (चित्र 1.10, c). जर फोटोलिथोग्राफीची प्रक्रिया पुनरावृत्ती होत असेल तर, फोटोमास्कवरील नमुनासह पूर्वी प्राप्त केलेला नमुना एकत्र करणे आवश्यक आहे. संरेखन अचूकता 0.25 ... 0.5 µm आहे. झेनॉन आणि पारा-क्वार्ट्ज दिवे प्रकाश स्रोत म्हणून वापरले जातात.

जेव्हा टेम्प्लेट आणि प्लेटमध्ये अंतर असते तेव्हा विवर्तन घटनेमुळे हस्तांतरण गुणवत्तेवर लक्षणीय परिणाम होतो. सब्सट्रेटच्या सपाटपणामुळे अंतर 20 μm पर्यंत पोहोचते. फोटोमास्कपासून फोटोरेसिस्ट लेयरमध्ये प्रतिमा हस्तांतरणाची गुणवत्ता विकासानंतरच मूल्यांकन केली जाऊ शकते.

नकारात्मक फोटोरेसिस्टमध्ये सुप्त प्रतिमेचा विकास (Fig. 1.10, d) फोटोमास्कच्या गडद ठिकाणी असलेल्या भागांना काढून टाकणे समाविष्ट आहे. सकारात्मक फोटोरेसिस्टच्या बाबतीत, विकिरणित भाग काढून टाकले जातात. नकारात्मक फोटोरेसिस्ट सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये (ट्रायक्लोरेथिलीन इ.), आणि सकारात्मक - अल्कधर्मी द्रावणांमध्ये दर्शविले जातात. संरक्षणात्मक गुणधर्म सुधारण्यासाठी, परिणामी थर t=100...120°C वर वाळवला जातो आणि नंतर t=200...250°C वर 30...40 मिनिटांसाठी टॅन केला जातो.

सर्किटचा आवश्यक नमुना नायट्रिक आणि हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड (चित्र 1.10, ई) च्या मिश्रणात फोटोरेसिस्टद्वारे संरक्षित नसलेल्या सब्सट्रेटच्या भागांना कोरून प्राप्त केला जातो.

कोरीवकामाने ऑक्साईड फिल्म्सचे पूर्ण नक्षीकाम सुनिश्चित केले पाहिजे. या प्रकरणात, अशी प्रकरणे आहेत जेव्हा एकाच वेळी वेगवेगळ्या जाडीच्या ऑक्साईड फिल्म्स कोरणे आवश्यक असते. एचिंग ऑपरेशन्सची अचूकता नकारात्मकतेच्या अचूकतेवर आणि फोटोरेसिस्टच्या गुणवत्तेवर अवलंबून असते. वर्कपीसच्या पृष्ठभागावर लेयरच्या खराब चिकटपणाच्या बाबतीत, हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड टॅन केलेल्या थराखाली प्रवेश करू शकते आणि ऑक्साईड फिल्मद्वारे संरक्षित केलेल्या भागांना खोदून काढू शकते. पृष्ठभागावर उरलेला फोटोरेसिस्ट थर सॉल्व्हेंटमध्ये काढून टाकला जातो, जो सेंद्रिय द्रव आणि सल्फ्यूरिक ऍसिड म्हणून वापरला जातो. सूज झाल्यानंतर, फोटोरेसिस्ट फिल्म्स स्वॅबने काढल्या जातात.

फोटोलिथोग्राफी ही सेमीकंडक्टर मायक्रोसर्किट्सच्या उत्पादनातील मुख्य तांत्रिक प्रक्रियांपैकी एक आहे. त्याचा व्यापक वापर त्याच्या उच्च पुनरुत्पादनक्षमता आणि रिझोल्यूशनद्वारे स्पष्ट केला जातो, ज्यामुळे लहान आकाराचा नमुना, पद्धतीची अष्टपैलुत्व आणि लवचिकता आणि उच्च उत्पादकता प्राप्त करणे शक्य होते. कॉन्टॅक्ट फोटोलिथोग्राफीचा तोटा म्हणजे फोटोमास्कचा वेगवान पोशाख आणि संपर्क पृष्ठभागावरील दोषांची घटना. संपर्क केल्यावर, फोटोमास्क फोटोरेसिस्ट लेयरमध्ये कोणतेही कण (जसे की धूळ कण) दाबतो, ज्यामुळे फोटोरेसिस्टच्या संरक्षणात्मक स्तरामध्ये दोष निर्माण होतात.

फोटोरेसिस्टच्या पृष्ठभागावरील धुळीचा कण त्याचे कडक होणे टाळू शकतो आणि ऑक्साईडमध्ये छिद्र ("पंचर") तयार होऊ शकतो. फोटोमास्कच्या पारदर्शक भागावर धूळ किंवा काही गडद ठिपके समान परिणाम देऊ शकतात. फोटोमास्कच्या गडद भागामध्ये एक छिद्र ऑक्साईड फिल्मचे अपूर्ण काढू शकते. धूळ कणांचे आकार संपर्क घटकांच्या क्षेत्राच्या आकाराशी सुसंगत असतात. त्यांच्या उपस्थितीमुळे मायक्रोसर्किटचा विवाह होतो.

अघुलनशील धूळ कण आणि सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावर प्रवेश करणार्या इतर बिंदू दूषित घटकांच्या परिणामी दोष दिसण्याची शक्यता वेफरच्या क्षेत्राच्या प्रमाणात असते. अशा दोषांची उपस्थिती मायक्रोसर्किटचे जास्तीत जास्त क्षेत्र मर्यादित करते.

गैर-संपर्क (प्रोजेक्शन) फोटोलिथोग्राफी फोटोमास्क आणि फोटोरेसिस्ट लेयरमधील संपर्क काढून टाकते, ज्यामुळे संपर्क फोटोलिथोग्राफीमध्ये अंतर्निहित अनेक तोटे टाळणे शक्य होते.

प्रोजेक्शन प्रिंटिंगच्या पद्धतीमध्ये फोटोमास्कमधून फोटोरेसिस्टच्या थराने झाकलेल्या प्लेटवर प्रतिमा प्रक्षेपित करणे समाविष्ट आहे, एकमेकांपासून लक्षणीय अंतरावर ठेवलेले आहे. फोटोमास्कवरील चित्राची परिमाणे मोठ्या प्रमाणात बनवता येतात. या पद्धतीसह, सब्सट्रेट्सच्या सपाटपणाची आवश्यकता आणि फोटोरेसिस्ट लेयरच्या जाडीची एकसमानता वाढविली जाते. लेन्सवर उच्च मागण्या ठेवल्या जातात, ज्याने सब्सट्रेटच्या संपूर्ण कार्यक्षेत्रावर आवश्यक रिझोल्यूशन प्रदान केले पाहिजे. सध्या, 2x2 मिमी क्षेत्रावर सर्वोत्तम रिझोल्यूशन (0.4 µm) मिळू शकते. मोठ्या क्षेत्रावर उच्च रिझोल्यूशन प्रदान करणारे लेन्स तयार करण्यात अडचणी प्रोजेक्शन फोटोलिथोग्राफीच्या पद्धतीच्या व्यापक परिचयात अडथळा आणतात.

मायक्रोगॅप फोटोलिथोग्राफी फोटोलिथोग्राफीच्या संपर्क आणि प्रोजेक्शन पद्धतींचे फायदे एकत्र करते. या पद्धतीसह, प्लेट आणि फोटोमास्कमध्ये 10 ... 20 मायक्रॉनचे अंतर स्थापित केले जाते. असे अंतर विवर्तनाची घटना कमी करण्यासाठी पुरेसे मोठे आहे आणि त्याच वेळी प्रतिमा प्रसारणादरम्यान अंतरातील गैर-रेखीय विकृतीकडे दुर्लक्ष करण्यासाठी पुरेसे लहान आहे. इंडस्ट्रियल मायक्रो-गॅप एक्सपोजर उपकरणे कॉन्टॅक्ट एक्सपोजर उपकरणांपेक्षा खूपच क्लिष्ट आहेत.

प्रसार.ही डोपेंट्स जास्त एकाग्रतेच्या भागातून कमी एकाग्रतेच्या भागात स्थानांतरित करण्याची प्रक्रिया आहे. घनामध्ये कोणत्याही घटकाच्या अणूंचा एकाग्रता ग्रेडियंट असल्यास, एक निर्देशित प्रसार गती तयार केली जाते, जी संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये या अणूंची एकाग्रता समान करण्याचा प्रयत्न करते. एकाग्रता समीकरणाची प्रक्रिया पुरेशा उच्च तापमानात घडते, जेव्हा कण वेग झपाट्याने वाढतो. ते प्रसार गुणांक D द्वारे दर्शविले जातात, जे एका बरोबरीच्या एकाग्रता ग्रेडियंटसह प्रति युनिट वेळेच्या एका क्षेत्रातून आत प्रवेश करणाऱ्या पदार्थाच्या वस्तुमानाद्वारे निर्धारित केले जाते.

विशिष्ट सामग्रीसाठी प्रसरण गुणांक आणि प्रथम अंदाजे प्रसरणीय अशुद्धता केवळ तापमानावर (घातांक अवलंबन) अवलंबून असते.

गट III घटकांचे (B, A1, Ip) सिलिकॉनमध्ये प्रसार गुणांक 1 आहे ... गट V घटकांपेक्षा जास्त परिमाणाचे 1.5 ऑर्डर (जसे; P; Sb). उदाहरणार्थ, बोरॉनचे सिलिकॉनमध्ये t == 1473 K येथे प्रसार गुणांक 10.5 सेमी 2 /s, आर्सेनिक - 0.3 सेमी 2 /s आहे.

प्रसार प्रक्रिया दोन टप्प्यात केली जाते. पहिल्या टप्प्यावर, क्रिस्टलवर असीम स्रोत (गॅस फेज) पासून एक अशुद्धता-संतृप्त थर तयार केला जातो. या अवस्थेला अशुद्धता ड्रायव्हिंग म्हणतात. हे ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत चालते, जे पृष्ठभागावर बोरोसिलिकेट ग्लास (बी 2 0 3 अशुद्धतेसाठी) किंवा फॉस्फरस-सिलिकेट ग्लास (पी 2 ओ 5 अशुद्धतेसाठी) तयार करण्यास योगदान देते. ड्रायव्हिंग प्रक्रियेचे मापदंड म्हणजे वाहक गॅसमधील डिफ्यूसंट आणि ऑक्सिजनची एकाग्रता, गॅस मिश्रणाचा वेग आणि प्रक्रियेचा वेळ. दुसऱ्या टप्प्यावर, मिश्रणाचे पुनर्वितरण होते. या अवस्थेला अशुद्धता पसरवणे म्हणतात. अशुद्धतेच्या बाह्य स्रोताच्या अनुपस्थितीत ते t = 800...1000°C वर केले जाते. कार्यरत वातावरण हे अक्रिय वायू आणि ऑक्सिजनचे मिश्रण आहे. वेफरच्या खोलीत अशुद्धतेचे विखुरणे संरक्षणात्मक सिलिकॉन ऑक्साईड फिल्मच्या वाढीसह आहे.

प्रसरण 1100...1300°C तापमानाच्या श्रेणीमध्ये केले जाते आणि दोन-टप्प्यांत -1000...1300° प्रक्रियेत ड्रायव्हिंग प्रक्रिया विचारात घेतली जाते. 1000 °C च्या खाली, प्रसार गुणांक खूप लहान आहेत आणि प्रसार खोली नगण्य आहे. 1300 डिग्री सेल्सिअसच्या वर, प्लेट्सच्या पृष्ठभागाचे उल्लंघन उच्च तापमानाच्या कृती अंतर्गत होते.

घन, द्रव आणि वायूयुक्त संयुगे अशुद्धतेचे स्रोत म्हणून वापरले जातात. बोरॉन आणि फॉस्फरस बहुतेकदा रासायनिक संयुगे B 2 0 5, P 2 O 5, इत्यादींच्या स्वरूपात वापरले जातात.

घन स्त्रोतापासून वाहक वायू प्रवाहात प्रसार दोन-झोन स्थापनेमध्ये केला जातो (चित्र 1.11). अशुद्धतेचा स्त्रोत कमी-तापमान झोनमध्ये ठेवला जातो आणि सिलिकॉन वेफर्स उच्च-तापमान झोनमध्ये (1100 ... 1200 ° से) ठेवला जातो. ऑक्सिजनसह अक्रिय वायूच्या मिश्रणाने पाईप शुद्ध केले जाते आणि तापमान व्यवस्था स्थापित केल्यानंतर, प्लेट्स कार्यरत क्षेत्रात ठेवल्या जातात. बाष्पीभवन होणारे अशुद्धता रेणू वाहक वायूद्वारे प्लेट्समध्ये वाहून नेले जातात आणि द्रव काचेच्या थराद्वारे त्यांच्या पृष्ठभागावर पडतात. लिक्विड ग्लास प्लेट्सच्या पृष्ठभागाचे बाष्पीभवन आणि परदेशी कणांच्या प्रवेशापासून संरक्षण करते. घन स्त्रोतापासून प्रसार करण्याच्या प्रक्रियेचे तोटे - स्थापनेची जटिलता आणि बाष्प दाब नियंत्रित करण्यात अडचण.

द्रव स्रोतातून वाहक वायू प्रवाहात प्रसार एका सोप्या सिंगल-झोन सेटअपवर केला जातो, जेथे पृष्ठभागाच्या एकाग्रतेची विस्तृत श्रेणी प्राप्त करणे शक्य आहे. अशा प्रक्रियेचा गैरसोय म्हणजे एकाग्रतेची उच्च विषाक्तता.

बंद खंडात प्रसार. अशा प्रसारामुळे प्रसरण स्तरांच्या पॅरामीटर्सची चांगली पुनरुत्पादनक्षमता मिळते. या प्रकरणात, सिलिकॉन वेफर आणि अशुद्धतेचा स्त्रोत क्वार्ट्ज एम्पौलमध्ये ठेवला जातो, जो 10 -3 Pa च्या दाबाने बाहेर पंप केला जातो किंवा अक्रिय वायूने ​​भरला जातो. मग एम्पौल सीलबंद केले जाते आणि गरम भट्टीत ठेवले जाते. अशुद्ध वाष्प रेणू अर्धसंवाहक वेफरच्या पृष्ठभागाद्वारे शोषले जातात आणि त्याच्या खोलीत पसरतात. बोरॉन, अँटिमनी, आर्सेनिक, फॉस्फरसच्या प्रसारासाठी ही पद्धत वापरली जाते. या अशुद्धता अत्यंत विषारी असतात आणि एम्पौलमध्ये पसरल्याने विषबाधा होण्याची शक्यता नाहीशी होते.

या पद्धतीचा फायदा म्हणजे एक ओव्हन वापरून अनेक अशुद्धता त्यांच्या परस्पर दूषिततेशिवाय पसरवण्याची शक्यता आहे, तोटा म्हणजे कमी उत्पादकता आणि काळजीपूर्वक लोडिंग प्रक्रियेची आवश्यकता आहे, कारण एम्पॉलमध्ये प्रवेश करणारा कोणताही पदार्थ मुख्य अशुद्धतेसह एकत्र पसरतो.

सर्व प्रसार पद्धतींसाठी, गरम क्षेत्राच्या अक्ष्यासह एकसमान तापमान वितरण सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. जर डिफ्यूजन लेयरच्या खोलीवर सहिष्णुता 100% असेल, तर ते तापमान ±5°C च्या अचूकतेसह राखण्यासाठी पुरेसे आहे. 20% सहिष्णुतेसह, तापमान ± 0.5 डिग्री सेल्सियसच्या अचूकतेसह राखले जाणे आवश्यक आहे.

प्रसार खोली काही मायक्रोमीटर (सर्किट घटकांसाठी) पासून 10 ... 100 मायक्रॉन त्यांच्या अलगावसाठी बदलते. मोठ्या प्रसाराच्या खोलीसाठी महत्त्वपूर्ण वेळ आवश्यक आहे (60 तासांपर्यंत).

ऑक्साईडमधील छिद्रातून सिलिकॉनमध्ये पसरणारी अशुद्धता जवळजवळ खोलीइतकीच प्रमाणात बाजूने पसरते.

प्रसार स्तराच्या खोलीतील विचलन हे सर्वात सामान्य प्रसार दोष आहेत. अशा विचलनाची कारणे म्हणजे प्लेटच्या पृष्ठभागावरील धूळ आणि इतर कण, तसेच अवशिष्ट फोटोरेसिस्ट. स्फटिक जाळीतील पृष्ठभागावरील दोष आणि अडथळे सामग्रीमध्ये डिफ्यूझंटच्या सखोल प्रवेशास हातभार लावतात. अशा दोषांची संख्या कमी करण्यासाठी, तयारीच्या ऑपरेशन दरम्यान आणि प्रसार प्रक्रियेदरम्यान पर्यावरण, साहित्य आणि उपकरणे यांची स्वच्छता काळजीपूर्वक पाळणे आवश्यक आहे.

पावती पी-एन-प्रसरण पद्धतींचा वापर करून संक्रमण तुम्हाला संक्रमणाची खोली आणि स्थान, अशुद्धतेची एकाग्रता इ. अचूकपणे नियंत्रित करण्यास अनुमती देते. प्रसार प्रक्रियेचा तोटा म्हणजे विविध प्रकारच्या चालकता असलेल्या प्रदेशांमध्ये स्पष्ट संक्रमण मिळणे अशक्य आहे.

एपिटॅक्सी.सब्सट्रेटच्या ओरिएंटिंग कृतीची अंमलबजावणी करून ऑर्डर केलेल्या क्रिस्टल स्ट्रक्चरसह थर वाढवण्याची ही प्रक्रिया आहे. एकात्मिक सर्किट्सच्या निर्मितीमध्ये, दोन प्रकारचे एपिटॅक्सी वापरले जातात: होमोएपिटॅक्सी आणि हेटरोएपिटॅक्सी.

Homoepitaxy (ऑटोएपिटॅक्सी) ही स्फटिकासारखे पदार्थाच्या उन्मुख वाढीची प्रक्रिया आहे जी सब्सट्रेट पदार्थापेक्षा रासायनिक रचनेत भिन्न नसते. हेटरोएपिटॅक्सी ही पदार्थाच्या वाढीची प्रक्रिया आहे जी सब्सट्रेट सामग्रीपासून रासायनिक रचनांमध्ये भिन्न असते.

एपिटॅक्सियल फिल्म वाढवण्याच्या प्रक्रियेत, डोपंट्स त्यात समाविष्ट केले जाऊ शकतात, इच्छित एकाग्रता वितरण आणि दिलेल्या प्रकारच्या चालकतेसह सेमीकंडक्टर फिल्म तयार करतात. यामुळे विविध प्रकारच्या चालकता असलेल्या प्रदेशांमधील स्पष्ट सीमा प्राप्त करणे शक्य होते.

सिलिकॉन टेट्राक्लोराईडच्या घटावर आधारित एपिटॅक्सियल सिलिकॉन स्तर मिळविण्यासाठी सध्या सर्वात व्यापक तथाकथित क्लोराइड पद्धत आहे. प्रक्रिया रिअॅक्टरमध्ये केली जाते, जी क्वार्ट्ज ट्यूब आहे जी आरएफ जनरेटरच्या इंडक्टरमध्ये ठेवली जाते. अणुभट्ट्या क्षैतिज आणि उभ्या प्रकारच्या असू शकतात.

क्षैतिज अणुभट्टीमध्ये (चित्र 1.12), सिलिकॉन वेफर्स ग्रेफाइट सपोर्टवर ठेवतात. उच्च-फ्रिक्वेंसी जनरेटरद्वारे गरम केले जाते. प्रक्रिया सुरू करण्यापूर्वी, हवा काढून टाकण्यासाठी प्रणाली नायट्रोजन किंवा हेलियमने भरली जाते आणि शुद्ध हायड्रोजनने शुद्ध केली जाते, जी 1200 डिग्री सेल्सिअस तापमानात सब्सट्रेट्सच्या पृष्ठभागावरील ऑक्साईड फिल्म्सच्या अवशेषांवर प्रतिक्रिया देते आणि जवळजवळ पूर्णपणे काढून टाकते. त्यानंतर चेंबर भरले जाते

मिश्रण HC1आणि एच 2सिलिकॉन वेफरपासून अनेक मायक्रोमीटर जाडीचा थर कोरण्यासाठी. गॅस एचिंग ऑपरेशन खराब झालेले थर आणि अवशेष काढून टाकते Si0 2. एपिटॅक्सियल फिल्म्स संरचनात्मक दोषांशिवाय प्राप्त होतात. साफसफाई केल्यानंतर, सिस्टम हायड्रोजनसह अनेक मिनिटांसाठी शुद्ध केली जाते SiCl4आणि डोपंट. प्रतिक्रिया परिणाम म्हणून

5iС1 4(गॅस) + 2H 2(गॅस) ↔ सि(कठीण) ↓ + 4HC1(GAS)

सिलिकॉन टेट्राक्लोराईडचे विघटन होते, आणि सिलिकॉन सिलिकॉन सब्सट्रेटवर जमा होते, जे अंतर्निहित थराची रचना घेते. प्रक्रियेच्या समाप्तीनंतर, सब्सट्रेट शुद्ध हायड्रोजनच्या प्रवाहाने थंड केले जाते.

फीड दर आणि तापमान नियंत्रित करून हायड्रोजन, सिलिकॉन क्लोराईड आणि अशुद्धता यांचे काही गुणोत्तर प्राप्त केले जातात. वाहक वायूचा (हायड्रोजन) ठराविक प्रवाह दर 10 L/min आहे, आणि प्रमाण दरम्यानचे प्रमाण एच 2आणि SiCl4 1000 आहे: 1. या मिश्रणात वायूच्या मिश्रणाच्या 1,000,000 भागांमागे अंदाजे 300 भागांच्या प्रमाणात एक वायू प्रसरणक आणला जातो.

फॉस्फिनचा वापर दात्याची अशुद्धता म्हणून केला जातो. (RN 3), आणि स्तर मिळविण्यासाठी पी-प्रकार - डायबोरेन (B 2 H 6).

एपिटॅक्सियल फिल्मचा वाढीचा दर वापरावर अवलंबून असतो SiCl4आणि एच 2सब्सट्रेट तापमान, अशुद्धतेचे प्रमाण, इ. हे व्हेरिएबल्स, जे अगदी अचूकपणे नियंत्रित केले जाऊ शकतात, प्रक्रियेचा कालावधी निर्धारित करतात.

एपिटॅक्सियल फिल्मची सर्वात लहान जाडी क्रिस्टलायझेशन केंद्रांच्या उपस्थितीद्वारे निर्धारित केली जाते. दोषांपासून मुक्त असलेल्या चित्रपटाच्या जाडीची वरची मर्यादा 250 µm आहे. बहुतेकदा, एपिटॅक्सियल फिल्मची जाडी 1 ते 25 µm पर्यंत असते.

सब्सट्रेट पृष्ठभागाच्या शुद्धतेमुळे आणि वापरल्या जाणार्‍या वायूंमुळे एपिटॅक्सियल लेयरची गुणवत्ता मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होते. सिलिकॉन वेफर्स 150...200 µm जाडीचे, संरचनात्मक दोषांपासून मुक्त, सब्सट्रेट म्हणून वापरले जातात. वायूंमधील अशुद्धतेची अनुज्ञेय सामग्री गॅसच्या प्रति दशलक्ष भागांच्या अशुद्धतेच्या अनेक भागांइतकी असते.

पॉलिशिंग, एपिटॅक्सी, ऑक्सिडेशन आणि डिफ्यूजन पूर्ण केल्यानंतर सेमीकंडक्टर वेफर्सचे नियंत्रण केले जाते. हे प्लेटच्या पृष्ठभागावरून परावर्तित होणार्‍या दृश्यमान प्रकाशाच्या होमोसेंट्रिक बीमद्वारे स्क्रीनवर तयार झालेल्या प्लेट प्रतिमेचे दृश्य निरीक्षण आणि विश्लेषण यावर आधारित आहे.

तुटलेली रचना असलेले वेफरचे काही भाग प्रकाश किरणमध्ये गोंधळ निर्माण करतात, ज्यामुळे वेफरच्या प्रतिमेतील प्रकाशाच्या तीव्रतेत बदल म्हणून वेफर दोष स्क्रीनवर दिसतात, ज्यामुळे त्याच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करणे शक्य होते.

पातळ चित्रपटांचे थुंकणे.पातळ फिल्म्स मिळविण्याच्या मुख्य पद्धती म्हणजे व्हॅक्यूममध्ये थर्मल फवारणी (बाष्पीभवन) आणि आयन स्पटरिंग.

व्हॅक्यूममध्ये थर्मल फवारणी.अशी निक्षेपण उच्च निर्वात स्थितीत बाष्पीभवनादरम्यान धातूंचे अणू (रेणू) आणि इतर काही पदार्थांच्या मालमत्तेवर आधारित असते जेणेकरुन सरळ रेषेत (बीम सारखी) हालचाल करता येते आणि त्यांच्या हालचालीच्या मार्गावर ठेवलेल्या पृष्ठभागावर जमा होते.

व्हॅक्यूम स्पटरिंग इंस्टॉलेशन (Fig. 1.13) मध्ये एक सपाट प्लेट असते 6, ज्यावर काच किंवा धातूची टोपी स्थापित केली आहे 9. नंतरच्या प्रकरणात, ते पाहण्याच्या काचेसह पुरवले जाते. प्लेटमध्ये दोन वेगळ्या व्हॅक्यूम-टाइट आउटलेट आहेत. 4 बाष्पीभवक शक्ती करण्यासाठी 3. बाष्पीभवनापासून काही अंतरावर एक सब्सट्रेट ठेवला जातो 10, ज्यावर एक पातळ फिल्म लावली जाते. सब्सट्रेट गरम होते आणि सेट मोड येईपर्यंत डँपरने बंद केले जाते. 1.

व्हॅक्यूममध्ये बाष्पीभवनादरम्यान घडणाऱ्या भौतिक प्रक्रियेच्या अनुषंगाने, चित्रपट निर्मितीचे खालील टप्पे ओळखले जाऊ शकतात: 1) जमा केलेल्या सामग्रीचे वाष्प अवस्थेत हस्तांतरण; 2) बाष्पीभवनाच्या स्त्रोतापासून सब्सट्रेटमध्ये वाष्प हस्तांतरण; 3) सब्सट्रेट आणि फिल्म निर्मितीवर बाष्प संक्षेपण.

फवारणी केलेल्या सामग्रीचे वाष्प अवस्थेत हस्तांतरण. बाष्प उत्पादनाच्या क्षेत्रात, सामग्रीचे बाष्पीभवन होते आणि त्याचे वाष्प दाब अवशिष्ट वायूंच्या दाबापेक्षा जास्त होईपर्यंत गरम होते. या प्रकरणात, उच्च गतिज ऊर्जा असलेले सर्वात गरम रेणू आण्विक आकर्षणाच्या शक्तींवर मात करतात आणि वितळण्याच्या पृष्ठभागापासून दूर जातात. उच्च व्हॅक्यूम परिस्थितीत उष्मा हस्तांतरण झपाट्याने कमी झाल्यामुळे, सब्सट्रेट्सचे ओव्हरहाटिंग होत नाही.

काही सामग्रीसाठी, नाममात्र बाष्पीभवन तापमान वितळण्याच्या बिंदूपेक्षा कमी असते. उदाहरणार्थ, क्रोमियमचा वितळण्याचा बिंदू 1800°C असतो आणि 1205°C तापमानाला व्हॅक्यूममध्ये गरम केल्यावर त्याचे बाष्पीभवन होते. द्रव अवस्थेतून न जाता पदार्थाचे घन अवस्थेतून बाष्प अवस्थेत होणारे संक्रमण म्हणतात. उदात्तीकरण

बाष्पीभवनाच्या स्त्रोतापासून सब्सट्रेटमध्ये बाष्पाचे हस्तांतरण. बाष्प हस्तांतरणाचे क्षेत्रफळ 10...20 सेमी आहे. बाष्पीभवन झालेल्या पदार्थाच्या रेणूंच्या प्रक्षेपकाला सरळ रेषीय असण्यासाठी, अवशिष्ट वायूच्या रेणूंचा मध्य मुक्त मार्ग 5...10 पट असणे आवश्यक आहे. बाष्प हस्तांतरणाच्या क्षेत्राच्या रेषीय परिमाणांपेक्षा मोठे.

मुक्त मार्ग l- अवशिष्ट वायूंच्या रेणूंशी टक्कर न घेता पदार्थाच्या बाष्प रेणूने प्रवास केलेले अंतर. उच्च व्हॅक्यूममध्ये, जेव्हा l ³ d(dबाष्पीभवनाच्या स्त्रोतापासून ते सब्सट्रेटपर्यंतचे अंतर आहे), बाष्पीभवन झालेल्या पदार्थाचे रेणू टक्कर न होता व्यावहारिकपणे अंतर उडतात. बाष्पयुक्त पदार्थाच्या या प्रवाहाला म्हणतात आण्विकआणि ते तयार करण्यासाठी, 10-5 ... 10-6Pa च्या ऑर्डरची व्हॅक्यूम आवश्यक आहे.

सब्सट्रेट आणि फिल्म निर्मितीवर बाष्प संक्षेपण. वाष्प संक्षेपण थर तापमान आणि अणू प्रवाह घनतेवर अवलंबून असते. बाष्पीभवन झालेल्या पदार्थाचे अणू त्याच्या पृष्ठभागावर यादृच्छिक स्थलांतरानंतर सब्सट्रेटवर शोषले जातात.

यांत्रिक आणि भौतिक गुणधर्मांच्या बाबतीत, पातळ चित्रपट मोठ्या प्रमाणात सामग्रीपेक्षा लक्षणीय भिन्न आहेत. उदाहरणार्थ, काही फिल्म्सची विशिष्ट ताकद चांगल्या-अ‍ॅनिल केलेल्या बल्क नमुन्यांच्या ताकदीपेक्षा अंदाजे 200 पट जास्त असते आणि थंड कामाच्या अधीन असलेल्या सामग्रीच्या ताकदीपेक्षा कित्येक पट जास्त असते. हे सूक्ष्म स्फटिक रचना आणि कमी प्लॅस्टिकिटीमुळे आहे. धातूंचे बाष्पीभवन तापमान शंभर अंश (उदाहरणार्थ, सीझियमसाठी 430 ° से) ते कित्येक हजार (उदाहरणार्थ, टंगस्टनसाठी 3500 ° से) पर्यंत असते. या संदर्भात, व्हॅक्यूम बाष्पीभवनामध्ये विविध डिझाइनचे बाष्पीभवन वापरले जातात. पदार्थ गरम करण्याच्या पद्धतीनुसार, बाष्पीभवन प्रतिरोधक, इलेक्ट्रॉनिक आणि इंडक्शनमध्ये विभागले जातात.

प्रतिरोधक बाष्पीभवकांमध्ये, जेव्हा विद्युत प्रवाह हीटरमधून जातो किंवा बाष्पीभवन करण्‍यासाठी सामग्रीमधून थेट जातो तेव्हा उष्णता सोडल्यामुळे औष्णिक ऊर्जा प्राप्त होते. अप्रत्यक्ष हीटिंगसह सर्वात सामान्यतः वापरले जाणारे बाष्पीभवन. या प्रकरणात, विशेष हीटर प्रदान केले जातात, ज्याच्या मदतीने बाष्पीभवन केलेले पदार्थ आवश्यक तापमानात गरम केले जाते. बाष्पीभवन सामग्री सहसा टंगस्टन, टॅंटलम, मॉलिब्डेनम इ.

हीटर सामग्रीची निवड खालील आवश्यकतांनुसार निर्धारित केली जाते: वितळलेल्या अवस्थेतील बाष्पीभवन सामग्रीने हीटर चांगले ओले केले पाहिजे, चांगले थर्मल संपर्क तयार केला पाहिजे आणि हीटर सामग्रीसह रासायनिक अभिक्रिया होऊ नये. मूलभूतपणे, टंगस्टन, मॉलिब्डेनम, टॅंटलमपासून बनविलेले हीटर्स वापरले जातात.

प्रतिरोधक बाष्पीभवन मिश्रधातूंच्या बाष्पीभवनादरम्यान चित्रपटांची आवश्यक रचना प्रदान करत नाहीत. विविध घटकांच्या बाष्प दाबातील फरकामुळे, चित्रपटाची रचना प्रारंभिक सामग्रीपेक्षा लक्षणीय भिन्न असते. उदाहरणार्थ, थुंकलेले निक्रोम मिश्र धातु (80% Ni आणि 20% Cr) 60% Ni आणि 40% Cr ची रचना असलेली थरावर एक फिल्म बनवते. मल्टीकम्पोनेंट मिश्र धातुंमधून आवश्यक रचनांचे चित्रपट मिळविण्यासाठी (उदाहरणार्थ, एमएलटी, इ.), मायक्रोडोजिंग किंवा स्फोटक बाष्पीभवनाची पद्धत वापरली जाते. या पद्धतीसह, टेप बाष्पीभवन 200 ... 300 डिग्री सेल्सिअसने सर्वात रीफ्रॅक्टरी घटकाच्या बाष्पीभवन तापमानापेक्षा जास्त तापमानात गरम केले जाते आणि 100 ... 200 मायक्रॉनच्या कण आकारासह बाष्पीभवन मिश्र धातु पावडरचा मायक्रोडोज दिला जातो. मायक्रोडोजचे बाष्पीभवन जवळजवळ त्वरित होते.

इलेक्ट्रॉनिक बाष्पीभवकांमध्ये, इलेक्ट्रॉनची गतिज ऊर्जा थर्मल एनर्जीमध्ये रूपांतरित होते. बाष्पीभवन केलेली सामग्री घन वायरच्या स्वरूपात वापरली जाते, ज्याचा मुक्त टोक इलेक्ट्रॉन बीमच्या संपर्कात असतो. गरम होण्याच्या कमी कालावधीमुळे (10 -8 ... 10 -9 से), कॉम्प्लेक्स कंपाऊंडचे विविध घटक बाष्पीभवन करतात आणि जवळजवळ एकाच वेळी सब्सट्रेटवर जमा होतात. इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंगमुळे रीफ्रॅक्टरी धातू आणि त्यांच्या मिश्र धातुंचे बाष्पीभवन करणे शक्य होते.

पॅरामीटर्सची स्थिरता वाढवण्यासाठी, पातळ मेटल फिल्म्सवर गरम करून उष्णता उपचार केले जातात ट=300 ... 400 ° C. या स्थितीत, क्रिस्टल्स खडबडीत होतात, त्यांच्यातील बंध वाढतात, फिल्म अधिक घन आणि अधिक संक्षिप्त होते आणि विद्युत प्रतिरोधकता कमी होते.

रेझिस्टिव्ह फिल्म्स, तांबे, अॅल्युमिनियम आणि इतर काही मिश्रधातूपासून बनवलेले कंडक्टर, सिलिकॉन ऑक्साईड डायलेक्ट्रिक कोटिंग इ. मिळविण्यासाठी व्हॅक्यूम डिपॉझिशनचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. प्रक्रियेचे मुख्य फायदे म्हणजे परिणामी फिल्मची उच्च शुद्धता, त्याची जाडी नियंत्रित करण्याची सोय. जमा करण्याची प्रक्रिया आणि अंमलबजावणीची सुलभता. प्रक्रियेचे सर्वात लक्षणीय तोटे म्हणजे जटिल रचनांच्या पदार्थांच्या बाष्पीभवनादरम्यान घटकांच्या टक्केवारीच्या गुणोत्तरामध्ये बदल; बिंदू स्त्रोतांपासून मोठ्या क्षेत्रावर जमा करताना कमी फिल्म जाडीची एकसमानता; रीफ्रॅक्टरी सामग्रीचे बाष्पीभवन करण्यात अडचण; प्रतिरोधक बाष्पीभवन वापरताना प्रक्रियेची उच्च जडत्व; सब्सट्रेटसह फिल्मची तुलनेने कमी चिकट ताकद.

आयनिक स्पटरिंग.हे घन पदार्थांच्या नाशाच्या घटनेवर आधारित आहे जेव्हा त्यांच्या पृष्ठभागावर दुर्मिळ वायूच्या आयनीकृत रेणूंचा भडिमार होतो. ही प्रक्रिया उच्च तापमानाशी संबंधित नाही आणि रीफ्रॅक्टरी धातू आणि मिश्र धातुंचे चित्रपट मिळवणे शक्य करते. आयन स्पटरिंगचे खालील प्रकार आहेत: कॅथोड, आयन-प्लाझ्मा आणि मॅग्नेट्रॉन.

कॅथोड स्पटरिंग (“डायोड” प्रणाली) (चित्र 1.14) व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये चालते, जेथे दोन समांतर इलेक्ट्रोड असतात. एक इलेक्ट्रोड (कॅथोड) हे स्प्रे मटेरियलपासून बनवलेले असते आणि ते बॉम्बस्फोटाचे लक्ष्य असते. दुसरा इलेक्ट्रोड (एनोड) एक सब्सट्रेट म्हणून काम करतो ज्यावर फिल्म जमा केली जाते. व्हॅक्यूम चेंबर (10 -3 ... 10 -4 Pa) मध्ये कमी दाब तयार केला जातो, त्यानंतर तो 1 ... 10 Pa च्या दाबाने अक्रिय वायूने ​​(सामान्यतः आर्गॉन) भरला जातो. जेव्हा उच्च व्होल्टेज (1 ... 3 केव्ही) लागू केले जाते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन उत्सर्जनाने उत्तेजित इलेक्ट्रोड्स दरम्यान स्वतंत्र चमकणारा गॅस डिस्चार्ज होतो. कॅथोड हा ग्लो डिस्चार्ज राखण्यासाठी आवश्यक असलेल्या इलेक्ट्रॉन्सचा स्रोत आहे. इलेक्ट्रॉन एनोडच्या दिशेने जातात आणि तटस्थ वायूच्या रेणूंशी टक्कर झाल्यावर नवीन इलेक्ट्रॉन बाहेर काढतात, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन प्रवाहात तीव्र वाढ होते. या प्रकरणात, एक निष्क्रिय वायू रेणू तटस्थ वरून सकारात्मक आयनमध्ये बदलतो, ज्याचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनच्या तुलनेत जास्त असते. अशा प्रकारे गॅसचे आयनीकरण होते, ज्याला इलेक्ट्रॉन आणि आयन जास्त किंवा समान संख्येने प्लाझ्मा म्हणतात. इलेक्ट्रॉन एनोडकडे जातात आणि तटस्थ होतात. पॉझिटिव्ह आयन दुसर्‍या प्लाझ्मा सीमेवर जातात आणि गडद कॅथोड जागेत वेग वाढवतात, लक्ष्य (कॅथोड) थुंकण्यासाठी उच्च ऊर्जा प्राप्त करतात. उच्च उर्जा असलेल्या लक्ष्य सामग्रीचे अणू कॅथोडच्या पुरेशी जवळ असलेल्या सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर जमा केले जातात. सामान्यतः हे अंतर गडद कॅथोड जागेच्या दीड ते दोन लांबीचे असते.

कॅथोडिक प्रतिक्रियात्मक स्पटरिंग निष्क्रिय आणि सक्रिय वायूंच्या मिश्रणात चालते. हे तुम्हाला चित्रपटाची वेगळी रचना मिळवू देते. ऑक्साइड मिळविण्यासाठी "आर्गॉन - ऑक्सिजन" वायूंच्या मिश्रणातील डिस्चार्ज वापरला जातो. ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि कार्बनच्या जोडणीसह आर्गॉन वातावरणात टॅंटलमच्या प्रतिक्रियात्मक स्पटरिंगमुळे खूप भिन्न गुणधर्मांसह अनेक संयुगे प्राप्त करणे शक्य होते.

आयन-प्लाझ्मा स्पटरिंग (तीन-इलेक्ट्रोड सिस्टम) कमी दाबांवर चालते (चित्र 1.15).

चेंबरमध्ये 10 - 3 Pa चा दाब तयार होतो आणि कॅथोड ग्लो चालू होतो. मग ते 10-1 Pa च्या दाबाने अक्रिय वायूने ​​भरले जाते. गॅस-डिस्चार्ज प्लाझमाची निर्मिती 150 ... 250 V च्या व्होल्टेजवर एनोड आणि कॅथोड दरम्यान उद्भवणाऱ्या आर्क डिस्चार्जद्वारे प्रदान केली जाते. गरम कॅथोड इलेक्ट्रॉनचा स्रोत म्हणून काम करतो. थुंकलेली सामग्री (लक्ष्य) गॅस डिस्चार्जमध्ये स्वतंत्र इलेक्ट्रोड म्हणून सादर केली जाते जी डिस्चार्ज राखण्याशी संबंधित नाही. थर्मिओनिक कॅथोडद्वारे नक्कल केलेले इलेक्ट्रॉन एनोडच्या दिशेने प्रवेगित होतात आणि वाटेत उरलेल्या वायूच्या रेणूंचे आयनीकरण करतात. परिणामी प्लाझमाची घनता ग्लो डिस्चार्ज प्लाझ्माच्या परिमाणापेक्षा जास्त असते. लक्ष्य कॅथोड आणि सब्सट्रेट सक्रिय प्लाझ्मा स्पेसच्या विरुद्ध सीमांवर ठेवलेले असतात. जेव्हा एनोडच्या संदर्भात लक्ष्यावर 200 ... 1000 V ची नकारात्मक संभाव्यता लागू केली जाते तेव्हापासून स्पटरिंग सुरू होते. ही संभाव्यता इलेक्ट्रॉनला दूर करते आणि प्लाझ्मा स्पेसमधून आयन आकर्षित करते. आयन विचारल्या गेलेल्या "डायोड" आवृत्तीप्रमाणेच लक्ष्यावर भडिमार करतात. थुंकलेले अणू, मुख्यतः पृष्ठभागाच्या लंब दिशेने फिरणारे, सब्सट्रेटवर जमा केले जातात. कमी दाबाने थुंकणे फवारलेल्या कणांच्या जास्त उर्जेमुळे सब्सट्रेटला फिल्मचे उच्च आसंजन प्राप्त करणे शक्य करते. या दाबाने रेणूंचा मध्यम मुक्त मार्ग अनेक सेंटीमीटर असल्याने, लक्ष्यापासून थरापर्यंत त्यांच्या मार्गावर थुंकलेले अणू जवळजवळ अक्रिय वायू आणि वायूच्या अशुद्धतेच्या रेणू आणि आयनांशी टक्कर देत नाहीत, ज्यामुळे दूषित होण्याचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या कमी होते. विदेशी वायूच्या समावेशासह चित्रपटाचा. लक्ष्य आणि सब्सट्रेट्समधील अंतर कमी करण्याची शक्यता या वस्तुस्थितीमुळे आहे की ट्रायोड स्पटरिंग सिस्टममध्ये, लक्ष्यापासून इलेक्ट्रॉन आणि आयनांची निर्मिती स्वायत्तपणे होते.

ट्रायोड सिस्टमचे तोटे म्हणजे वायर कॅथोडचे लहान सेवा आयुष्य आणि फ्लॅट टार्गेटच्या वैयक्तिक विभागांमध्ये वेगवेगळे स्पटरिंग दर.

उच्च-फ्रिक्वेंसी आयन स्पटरिंगचा वापर डाईलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर सामग्रीसाठी केला जातो. लक्ष्य कॅथोडवर आदळणाऱ्या प्रवाहकीय पदार्थांच्या नेहमीच्या स्पटरिंग दरम्यान, तटस्थ कार्यरत वायू आयन लक्ष्यातून एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करतो आणि डिस्चार्ज करतो, काही काळासाठी तटस्थ रेणूमध्ये बदलतो. जर स्पटर केले जाणारे लक्ष्य सामग्री डायलेक्ट्रिक असेल, तर लक्ष्यावरील आयनचे कोणतेही तटस्थीकरण होणार नाही आणि ते त्वरीत सकारात्मक शुल्काच्या थराने झाकलेले आहे जे पुढील लक्ष्य स्पटरिंगला प्रतिबंधित करते.

ज्या मेटल इलेक्ट्रोडवर डाईलेक्ट्रिक फवारणी केली जात आहे त्या इलेक्ट्रोडला पर्यायी व्होल्टेज लागू करून सकारात्मक चार्जचा प्रभाव दूर केला जाऊ शकतो. ज्या कालावधीत लक्ष्यावरील व्होल्टेज ऋणात्मक असते, ते थुंकले जाते, त्यासोबत सकारात्मक शुल्क जमा होते. जेव्हा ध्रुवीयता उलट केली जाते, तेव्हा प्लाझ्मामधून काढलेल्या इलेक्ट्रॉनद्वारे सकारात्मक शुल्काची भरपाई केली जाते. डायलेक्ट्रिक सामग्री जवळजवळ कोणत्याही वारंवारतेवर थुंकली जाऊ शकते.

कशाशिवाय आधुनिक माणसाच्या अस्तित्वाची कल्पना करणे कठीण आहे? अर्थात, आधुनिक तंत्रज्ञानाशिवाय. काही गोष्टी आपल्या आयुष्यात इतक्या घुसल्या आहेत, त्या खूप कंटाळवाण्या झाल्या आहेत. इंटरनेट, टीव्ही, मायक्रोवेव्ह ओव्हन, रेफ्रिजरेटर्स, वॉशिंग मशीन - याशिवाय आधुनिक जगाची आणि अर्थातच त्यात स्वतःची कल्पना करणे कठीण आहे.

आजचे जवळजवळ सर्व तंत्रज्ञान खरोखर उपयुक्त आणि आवश्यक कशामुळे बनते?

कोणत्या शोधामुळे प्रगतीची सर्वात मोठी संधी उपलब्ध झाली?

मनुष्याच्या सर्वात अपरिहार्य शोधांपैकी एक म्हणजे मायक्रोसर्किट्स तयार करण्याचे तंत्रज्ञान.

तिच्याबद्दल धन्यवाद, आधुनिक तंत्रज्ञान इतके लहान आहे. हे कॉम्पॅक्ट आणि सोयीस्कर आहे.

आपल्या सर्वांना माहित आहे की मायक्रो सर्किट्स असलेल्या मोठ्या संख्येने गोष्टी घरात बसू शकतात. त्यापैकी बरेच पॅंटच्या खिशात बसतात आणि वजनाने हलके असतात.

काटेरी वाट

परिणाम साध्य करण्यासाठी आणि मायक्रोसर्किट मिळविण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी बर्याच वर्षांपासून काम केले आहे. आधुनिक रेफ्रिजरेटरमध्ये संपूर्णपणे क्लिष्ट आणि गुंतागुंतीचे सर्किट नसतात हे तथ्य असूनही, सुरुवातीचे सर्किट आजच्या मानकांनुसार मोठे होते, ते रेफ्रिजरेटरपेक्षा मोठे आणि जड होते. असं काही नाही! यात एक लहान आहे, परंतु जुन्या आणि अवजड लोकांपेक्षा उपयुक्ततेमध्ये श्रेष्ठ आहे. विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या पुढील विकासाला चालना देऊन या शोधाने एक स्प्लॅश केला, एक प्रगती झाली. चिप उत्पादन उपकरणे सोडली.

उपकरणे

मायक्रोसर्किटचे उत्पादन करणे सोपे काम नाही, परंतु सुदैवाने एखाद्या व्यक्तीकडे असे तंत्रज्ञान आहे जे उत्पादनाचे कार्य शक्य तितके सोपे करते. जटिलता असूनही, जगभरात दररोज मोठ्या संख्येने मायक्रोसर्किट तयार केले जातात. ते सतत सुधारले जात आहेत, नवीन वैशिष्ट्ये आणि वर्धित कार्यप्रदर्शन प्राप्त करत आहेत. या छोट्या पण स्मार्ट प्रणाली कशा दिसतात? हे मायक्रोसर्किट्सच्या उत्पादनासाठी उपकरणांना मदत करते, ज्याची खरं तर खाली चर्चा केली आहे.

मायक्रोसर्किट तयार करताना, इलेक्ट्रोकेमिकल डिपॉझिशन सिस्टम, क्लीनिंग चेंबर्स, प्रयोगशाळा ऑक्सिडायझिंग चेंबर्स, कॉपर इलेक्ट्रोडपोझिशन सिस्टम, फोटोलिथोग्राफिक आणि इतर तांत्रिक उपकरणे वापरली जातात.

फोटोलिथोग्राफिक उपकरणे यांत्रिक अभियांत्रिकीमध्ये सर्वात महाग आणि अचूक आहेत. इच्छित चिप टोपोलॉजी व्युत्पन्न करण्यासाठी सिलिकॉन सब्सट्रेटवर प्रतिमा तयार करण्यासाठी ते जबाबदार आहे. एक फोटोरेसिस्ट सामग्रीच्या पातळ थरावर लागू केला जातो, जो नंतर फोटोमास्क आणि ऑप्टिकल सिस्टमसह विकिरणित केला जातो. उपकरणाच्या ऑपरेशन दरम्यान, पॅटर्नच्या घटकांचा आकार कमी होतो.

पोझिशनिंग सिस्टममध्ये, अग्रगण्य भूमिका रेखीय इलेक्ट्रिक मोटर आणि लेसर इंटरफेरोमीटरद्वारे खेळली जाते, ज्यामध्ये सहसा अभिप्राय असतो. परंतु, उदाहरणार्थ, मॉस्को प्रयोगशाळेने "अम्फोरा" विकसित केलेल्या तंत्रज्ञानामध्ये, असे कोणतेही कनेक्शन नाही. या घरगुती उपकरणामध्ये दोन्ही बाजूंनी अधिक अचूक हालचाल आणि गुळगुळीत पुनरावृत्ती आहे, ज्यामुळे प्रतिक्रिया होण्याची शक्यता नाहीशी होते.

विशेष फिल्टर खोल अल्ट्राव्हायोलेट क्षेत्राद्वारे निर्माण होणाऱ्या उष्णतेपासून मुखवटाचे संरक्षण करतात, दीर्घ महिन्यांच्या ऑपरेशनसाठी 1000 अंशांपेक्षा जास्त तापमान टिकवून ठेवतात.

कमी-उर्जेचे आयन बहुस्तरीय कोटिंग्जवर जमा करण्यात महारत असतात. पूर्वी, हे काम केवळ मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग पद्धतीने केले जात असे.

चिप उत्पादन तंत्रज्ञान

निर्मितीची संपूर्ण प्रक्रिया अर्धसंवाहक क्रिस्टल्सच्या निवडीपासून सुरू होते. सर्वात संबंधित सिलिकॉन आहे. एक पातळ अर्धसंवाहक वेफरमध्ये आरशाची प्रतिमा दिसेपर्यंत पॉलिश केली जाते. भविष्यात, चित्र काढताना अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशाचा वापर करून फोटोलिथोग्राफी ही निर्मितीची अनिवार्य पायरी असेल. हे मायक्रोसर्किट्सच्या उत्पादनासाठी मशीनला मदत करते.

मायक्रोचिप म्हणजे काय? पातळ सिलिकॉन वेफर्सपासून बनविलेले हे बहुस्तरीय पाई आहे. त्यांच्यापैकी प्रत्येकाची विशिष्ट रचना आहे. हाच नमुना फोटोलिथोग्राफीच्या टप्प्यावर तयार केला जातो. प्लेट्स 700 अंशांपेक्षा जास्त तापमानासह विशेष उपकरणांमध्ये काळजीपूर्वक ठेवल्या जातात. भाजल्यानंतर ते पाण्याने धुतले जातात.

मल्टीलेयर प्लेट तयार करण्याच्या प्रक्रियेस दोन आठवडे लागतात. इच्छित परिणाम प्राप्त होईपर्यंत फोटोलिथोग्राफी असंख्य वेळा केली जाते.

रशियामध्ये मायक्रोसर्किटची निर्मिती

या उद्योगातील देशांतर्गत शास्त्रज्ञांकडे डिजिटल मायक्रोसर्किटच्या निर्मितीसाठी स्वतःचे तंत्रज्ञान देखील आहे. संबंधित प्रोफाइलचे प्लांट देशभर चालतात. आउटपुटवर, तांत्रिक वैशिष्ट्ये इतर देशांतील प्रतिस्पर्ध्यांपेक्षा कमी दर्जाची नाहीत. अनेक राज्यांमध्ये रशियन मायक्रोसर्किटला प्राधान्य दिले जाते. एका निश्चित किंमतीबद्दल सर्व धन्यवाद, जे पाश्चात्य उत्पादकांपेक्षा कमी आहे.

उच्च-गुणवत्तेच्या मायक्रोसर्किट्सच्या उत्पादनासाठी आवश्यक घटक

हवेची शुद्धता नियंत्रित करणार्‍या प्रणालींनी सुसज्ज असलेल्या खोल्यांमध्ये मायक्रोसर्किट तयार केले जातात. निर्मितीच्या संपूर्ण टप्प्यावर, विशेष फिल्टर माहिती संकलित करतात आणि हवेवर प्रक्रिया करतात, ज्यामुळे ते ऑपरेटिंग रूमपेक्षा स्वच्छ बनतात. उत्पादनातील कामगार विशेष संरक्षक आच्छादन घालतात, जे सहसा अंतर्गत ऑक्सिजन पुरवठा प्रणालीसह सुसज्ज असतात.

चिप उत्पादन हा एक फायदेशीर व्यवसाय आहे. या क्षेत्रातील चांगल्या तज्ञांना नेहमीच मागणी असते. जवळजवळ सर्व इलेक्ट्रॉनिक्स मायक्रोसर्किट्सद्वारे समर्थित आहेत. ते आधुनिक गाड्यांनी सुसज्ज आहेत. अंतराळयान त्यांच्यामध्ये सूक्ष्म सर्किट असल्याशिवाय कार्य करू शकणार नाही. उत्पादन प्रक्रिया नियमितपणे सुधारत आहे, गुणवत्ता सुधारत आहे, शक्यता विस्तारत आहेत, शेल्फ लाइफ वाढत आहे. मायक्रोसर्किट लांब दहापट किंवा अगदी शेकडो वर्षांसाठी संबंधित असतील. त्यांचे मुख्य कार्य पृथ्वीवर आणि त्यापलीकडे लाभ मिळवणे आहे.