Teknologi pembuatan litar mikro bersepadu

Pengeluaran litar bersepadu terdiri daripada satu siri operasi, yang melaksanakan produk siap secara beransur-ansur diperoleh daripada bahan permulaan. Bilangan operasi proses teknologi boleh mencapai 200 atau lebih, jadi kami akan mempertimbangkan yang asas sahaja.

Epitaksi ialah operasi menumbuhkan lapisan kristal tunggal pada substrat, yang mengulangi struktur substrat dan orientasi kristalografinya. Untuk mendapatkan filem epitaxial dengan ketebalan 1 hingga 15 μm, kaedah klorida biasanya digunakan, di mana wafer semikonduktor, selepas membersihkan permukaan dengan teliti daripada pelbagai jenis bahan cemar, diletakkan di dalam tiub kuarza dengan pemanasan frekuensi tinggi, di mana wafer dipanaskan hingga 1200 ± 3 °C. Aliran hidrogen dengan kandungan kecil silikon tetraklorida disalurkan melalui paip. Atom silikon yang terbentuk semasa tindak balas menempati tempat di tapak kekisi kristal, yang mana filem yang semakin meningkat meneruskan struktur kristal substrat. Apabila sebatian penderma gas ditambah kepada campuran gas, lapisan yang ditanam memperoleh kekonduksian jenis-p.

Doping ialah operasi memasukkan bendasing ke dalam substrat. Terdapat dua kaedah doping: penyebaran kekotoran dan implantasi ion.

Resapan bendasing ialah pergerakan zarah akibat pergerakan haba ke arah mengurangkan kepekatannya. Mekanisme utama untuk penembusan atom kekotoran ke dalam kekisi kristal terdiri daripada pergerakan berturut-turut di sepanjang kekosongan kekisi. Penyebaran kekotoran dilakukan dalam relau kuarza pada suhu 1100-1200 °C, dikekalkan dengan ketepatan ±0.5 °C. Gas pembawa neutral (N2 atau Ar) dialirkan melalui relau, yang mengangkut zarah penyebaran (B2O3 atau P2O5) ke permukaan plat, di mana, akibat tindak balas kimia, atom kekotoran (B atau P) dibebaskan, yang meresap jauh ke dalam pinggan.

Doping ion digunakan secara meluas dalam penciptaan LSI dan VLSI. Berbanding dengan resapan, proses doping ion mengambil masa yang lebih singkat dan membolehkan mencipta lapisan dengan dimensi mendatar submikron, tebal kurang daripada 0.1 µm, dengan kebolehulangan parameter yang tinggi.

Pengoksidaan terma digunakan untuk mendapatkan filem nipis silikon dioksida SiO2, ia adalah berdasarkan tindak balas suhu tinggi silikon dengan oksigen atau bahan yang mengandungi oksigen. Pengoksidaan berlaku dalam relau kuarza pada suhu 800-1200 °C dengan ketepatan ±1 °C.

Etsa digunakan untuk membersihkan permukaan wafer semikonduktor daripada pelbagai jenis bahan cemar, mengeluarkan lapisan SiO2, dan juga untuk mencipta alur dan lekukan pada permukaan substrat. Etching boleh menjadi cecair dan kering.

Goresan cecair dijalankan menggunakan asid atau alkali. Goresan asid digunakan dalam penyediaan wafer silikon untuk pembuatan struktur mikrocip untuk mendapatkan permukaan licin cermin, serta untuk mengeluarkan filem SiO2 dan membentuk lubang di dalamnya. Goresan alkali digunakan untuk mendapatkan alur dan lekukan.

Litografi ialah proses membentuk lubang pada topeng yang digunakan untuk resapan tempatan, etsa, pengoksidaan dan operasi lain. Terdapat beberapa variasi proses ini.

Photolithography adalah berdasarkan penggunaan bahan sensitif cahaya - photoresists, yang boleh menjadi negatif dan positif. Fotoresis negatif berpolimer di bawah tindakan cahaya dan menjadi tahan terhadap etsa. Dalam photoresist positif, cahaya, sebaliknya, memusnahkan rantai polimer, jadi kawasan terdedah photoresist dimusnahkan oleh etchant. Dalam penghasilan FPGA, lapisan photoresist digunakan pada permukaan SiO2, dan dalam penghasilan GIS, ia digunakan pada lapisan nipis logam yang didepositkan pada substrat, atau pada plat logam nipis yang bertindak sebagai topeng boleh tanggal. .

Corak elemen IC yang diperlukan diperolehi dengan menyinari photoresist dengan cahaya melalui photomask, iaitu plat kaca, di sebelahnya terdapat corak positif atau negatif unsur IC pada skala 1:1. Dalam pengeluaran IC, beberapa photomasks digunakan, setiap satunya menetapkan corak lapisan tertentu (kawasan asas dan pemancar, petunjuk kenalan, dll.).

Selepas penyinaran dengan cahaya, kawasan tidak terpolimer fotoresist dikeluarkan oleh etchant, dan topeng fotoresistif terbentuk pada permukaan SiO2 (atau filem logam).

Litografi sinar-X menggunakan sinar-X lembut dengan panjang gelombang kira-kira 1 nm, yang memungkinkan untuk memperoleh D » 0.1 µm. Dalam kes ini, photomask ialah membran (kira-kira 5 μm) lutsinar kepada sinar-X, di mana corak unsur IC dicipta oleh litografi rasuk elektron.

Litografi rasuk ion menggunakan penyinaran rintangan dengan rasuk ion. Kepekaan rintangan kepada penyinaran ion adalah berkali-kali lebih tinggi daripada penyinaran elektron, yang memungkinkan untuk menggunakan rasuk dengan arus rendah dan, dengan itu, diameter kecil (sehingga 0.01 μm). Sistem litografi rasuk ion serasi dari segi teknologi dengan unit doping ion.

3 ASAS TEKNOLOGI PENGELUARAN

MICROCIRCUIT BERSEPADU SEMIKONDUKTOR

Teknologi untuk penghasilan litar bersepadu semikonduktor (SSIMS) telah dibangunkan berdasarkan teknologi transistor satah. Oleh itu, untuk memahami kitaran teknologi pembuatan IC, adalah perlu untuk membiasakan diri dengan proses teknologi biasa yang terdiri daripada kitaran ini.

3.1 Operasi persediaan

Jongkong silikon kristal tunggal, seperti semikonduktor lain, biasanya diperoleh melalui penghabluran daripada leburan - Kaedah Czochralski. Dengan kaedah ini, batang berbiji (dalam bentuk kristal tunggal silikon) selepas bersentuhan dengan cair diangkat perlahan-lahan dengan putaran serentak. Dalam kes ini, selepas benih, jongkong yang tumbuh dan memejal ditarik keluar.

Orientasi kristalografi jongkong (keratan rentasnya) ditentukan oleh orientasi kristalografi benih. Lebih kerap daripada yang lain, jongkong dengan keratan rentas terletak pada satah (111) atau (100) digunakan.

Diameter tipikal jongkong pada masa ini ialah 80 mm, dan diameter maksimum boleh mencapai 300 mm atau lebih. Panjang jongkong boleh mencapai 1-1.5 m, tetapi biasanya ia adalah beberapa kali kurang.

Jongkong silikon dipotong menjadi banyak plat nipis (tebal 0.4-1.0 mm), di mana litar bersepadu kemudian dibuat. Permukaan plat selepas pemotongan sangat tidak rata: dimensi calar, protrusi dan lubang jauh melebihi dimensi elemen IC masa hadapan. Oleh itu, sebelum permulaan operasi teknologi utama, plat dikisar berulang kali dan kemudian digilap. Tujuan pengisaran, selain untuk menghilangkan kecacatan mekanikal, juga untuk memastikan ketebalan plat yang diperlukan (200-500 mikron), yang tidak dapat dicapai semasa pemotongan, dan keselarian pesawat. Pada akhir pengisaran, lapisan terganggu secara mekanikal dengan ketebalan beberapa mikron masih kekal di permukaan, di bawahnya terdapat lapisan yang lebih nipis, yang dipanggil secara fizikal terganggu. Yang terakhir ini dicirikan oleh kehadiran herotan "tidak kelihatan" kekisi kristal dan tegasan mekanikal yang timbul semasa proses pengisaran.

Menggilap terdiri daripada mengalihkan kedua-dua lapisan yang rosak dan mengurangkan ketidakteraturan permukaan ke tahap ciri sistem optik - perseratus mikrometer. Sebagai tambahan kepada penggilap mekanikal, penggilap kimia (etsa) digunakan, iaitu, pada dasarnya, pembubaran lapisan permukaan semikonduktor dalam reagen tertentu. Tonjolan dan rekahan pada permukaan terukir lebih cepat daripada bahan asas, dan permukaan biasanya diratakan.

Proses penting dalam teknologi semikonduktor juga adalah pembersihan permukaan daripada pencemaran oleh bahan organik, terutamanya lemak. Pembersihan dan penyahgris dijalankan dalam pelarut organik (toluena, aseton, etil alkohol, dsb.) pada suhu tinggi.

Goresan, pembersihan dan banyak proses lain disertai dengan mencuci pinggan masuk ternyahion air.

3.2 Epitaksi

epitaksi dipanggil proses menumbuhkan lapisan kristal tunggal pada substrat, di mana orientasi kristalografi lapisan yang ditanam mengulangi orientasi kristalografi substrat.

Pada masa ini, epitaksi biasanya digunakan untuk mendapatkan lapisan kerja nipis sehingga 15 µm semikonduktor homogen pada substrat yang agak tebal, yang memainkan peranan sebagai struktur sokongan.

Biasa - klorida proses epitaksi berhubung dengan silikon adalah seperti berikut (Rajah 3.1). Wafer silikon monokristalin dimuatkan ke dalam mangkuk pijar "bot" dan diletakkan di dalam tiub kuarza. Aliran hidrogen dialirkan melalui paip, yang mengandungi campuran kecil silikon tetraklorida SiCl4. Pada suhu tinggi (kira-kira 1200°C), tindak balas SiCl4 + 2H2 = Si + 4HC1 berlaku pada permukaan plat.

Hasil daripada tindak balas, lapisan tulen

silikon, dan wap HCl dibawa pergi oleh aliran hidrogen. Lapisan epitaxial silikon termendap adalah kristal tunggal dan mempunyai orientasi kristalografi yang sama dengan substrat. Tindak balas kimia, disebabkan oleh pemilihan suhu, berlaku hanya pada permukaan plat, dan bukan di ruang sekeliling.

Rajah 3.1 - Proses epitaksi

Proses yang berlaku dalam aliran gas dipanggil pengangkutan gas tindak balas dan gas utama (dalam kes ini, hidrogen), yang membawa bendasing ke zon tindak balas, ialah gas pembawa.

Jika pasangan sebatian fosforus (РН3) atau sebatian boron (В2Н6) ditambah kepada wap silikon tetraklorida, maka lapisan epitaxial tidak lagi mempunyai sendiri, tetapi, oleh itu, kekonduksian elektronik atau lubang (Rajah 3.2a), kerana atom penderma akan dimasukkan ke dalam silikon termendap semasa fosforus tindak balas atau atom boron penerima.

Oleh itu, epitaksi memungkinkan untuk tumbuh pada substrat lapisan kristal tunggal bagi sebarang jenis kekonduksian dan sebarang rintangan khusus, yang mempunyai sebarang jenis dan nilai kekonduksian, contohnya, dalam Rajah 3.2a, lapisan n ditunjukkan, dan lapisan n + atau p + boleh dibentuk.

Rajah 3.2 - Substrat dengan filem epitaxial dan oksida

Sempadan antara lapisan epitaksi dan substrat tidak menjadi sangat tajam, kerana kekotoran sebahagiannya meresap dari satu lapisan ke lapisan yang lain semasa proses epitaksi. Keadaan ini menyukarkan untuk mencipta struktur epitaxial ultranipis (kurang daripada 1 μm) dan berbilang lapisan. Peranan utama, pada masa ini, dimainkan oleh epitaksi satu lapisan. Ia dengan ketara mengembangkan senjata teknologi semikonduktor; mendapatkan lapisan homogen nipis seperti yang disediakan oleh epitaksi adalah mustahil dengan cara lain.

Dalam Rajah 3.2a dan berikut, skala menegak tidak dihormati.

Dalam pemasangan yang ditunjukkan dalam Rajah 3.1, beberapa operasi tambahan disediakan: membersihkan paip dengan nitrogen dan goresan cetek permukaan silikon dalam wap HCl (untuk tujuan pembersihan). Operasi ini dijalankan sebelum permulaan yang utama.

Filem epitaxial mungkin berbeza daripada substrat dalam komposisi kimia. Kaedah untuk mendapatkan filem tersebut dipanggil heteroepitaksi, Tidak seperti homoepitaxy, diterangkan di atas. Sudah tentu, dalam heteroepitaksi, kedua-dua bahan filem dan substrat mesti masih mempunyai kekisi kristal yang sama. Sebagai contoh, filem silikon boleh ditanam pada substrat nilam.

Sebagai kesimpulan, kami perhatikan bahawa sebagai tambahan kepada epitaksi gas yang diterangkan, terdapat epitaksi cecair, di mana pertumbuhan lapisan kristal tunggal dijalankan dari fasa cecair, iaitu, dari larutan yang mengandungi komponen yang diperlukan.

3.3 Pengoksidaan terma

Pengoksidaan silikon adalah salah satu proses yang paling ciri dalam teknologi FPIM moden. Filem silikon dioksida SiO2 yang terhasil (Rajah 3.2b) melaksanakan beberapa fungsi penting, termasuk:

fungsi perlindungan - kepasifan permukaan dan, khususnya, perlindungan bahagian menegak p - n peralihan datang ke permukaan;

Fungsi topeng, melalui tingkap di mana kekotoran yang diperlukan diperkenalkan melalui resapan (Rajah 3.4b);

Fungsi dielektrik nipis di bawah pintu MOSFET atau kapasitor (Rajah 4.15 dan 4.18c);

Tapak dielektrik untuk menyambungkan unsur-unsur IC PCB dengan filem logam (Rajah 4.1).

Permukaan silikon sentiasa ditutup dengan filem oksida "sendiri", terhasil daripada pengoksidaan "semula jadi" pada suhu terendah. Walau bagaimanapun, filem ini terlalu nipis (kira-kira 5 nm) untuk melaksanakan mana-mana fungsi yang disenaraikan. Oleh itu, dalam penghasilan IC semikonduktor, filem SiO2 yang lebih tebal diperoleh secara buatan.

Pengoksidaan tiruan silikon biasanya dilakukan pada suhu tinggi (°C). Pengoksidaan terma sedemikian boleh dilakukan dalam suasana oksigen. (pengoksidaan kering), dalam campuran oksigen dan wap air ( pengoksidaan basah) atau hanya dalam wap air.

Dalam semua kes, proses itu dijalankan dalam relau pengoksidaan. Asas relau sedemikian adalah, seperti dalam epitaksi, tiub kuarza di mana "bot" dengan plat silikon diletakkan, dipanaskan sama ada oleh arus frekuensi tinggi atau dengan cara lain. Aliran oksigen (kering atau lembap) atau wap air disalurkan melalui paip, yang bertindak balas dengan silikon dalam zon suhu tinggi. Filem SiO2 yang diperolehi mempunyai struktur amorfus (Rajah 3.2b).

Jelas sekali, kadar pertumbuhan oksida mesti berkurangan dengan masa, kerana atom oksigen baru perlu meresap melalui lapisan oksida yang semakin tebal. Formula separa empirik yang mengaitkan ketebalan filem oksida dengan masa pengoksidaan terma mempunyai bentuk:

di mana k - parameter bergantung pada suhu dan kelembapan oksigen.

Pengoksidaan kering adalah sepuluh kali lebih perlahan daripada pengoksidaan basah. Sebagai contoh, ia mengambil masa kira-kira 5 jam untuk mengembangkan filem SiO2 setebal 0.5 μm dalam oksigen kering pada 1000°C, dan hanya 20 minit dalam oksigen basah. Walau bagaimanapun, kualiti filem yang diperoleh dalam oksigen lembap adalah lebih rendah. Dengan penurunan suhu untuk setiap 100 ° C, masa pengoksidaan meningkat sebanyak 2-3 kali.

Dalam teknologi IC, oksida SiO2 "tebal" dan "nipis" dibezakan. Oksida tebal ( d = 0.7-1.0 mikron) melaksanakan fungsi perlindungan dan pelekat, dan nipis (d = 0.1-0.2 µm) - fungsi dielektrik get dalam MOSFET dan kapasitor.

Salah satu masalah penting dalam mengembangkan filem SiO2 adalah untuk memastikan keseragamannya. Bergantung pada kualiti permukaan wafer, ketulenan reagen, dan rejim pertumbuhan, beberapa atau masalah lain timbul dalam filem. kecacatan. Jenis kecacatan yang biasa adalah mikro dan makropori, sehingga melalui lubang (terutama dalam oksida nipis).

Kualiti filem oksida meningkat dengan penurunan suhu pertumbuhannya, serta dengan penggunaan oksigen kering. Oleh itu, oksida pintu nipis, kualiti yang menentukan kestabilan parameter transistor MOS, diperoleh dengan pengoksidaan kering. Apabila mengembangkan oksida tebal, pengoksidaan kering dan basah bergantian: yang pertama memastikan ketiadaan kecacatan, dan yang kedua membolehkan untuk mengurangkan masa proses.

Kaedah lain untuk mendapatkan filem SiO2 dibincangkan dalam.

3.4 Litografi

Topeng menduduki tempat penting dalam teknologi peranti semikonduktor: mereka memastikan sifat tempatan pemendapan, doping, etsa, dan, dalam beberapa kes, epitaksi. Setiap topeng mengandungi satu set lubang yang telah direka bentuk sebelumnya - tingkap. Pengeluaran tingkap tersebut adalah tugas litografi(ukiran). Tempat terkemuka dalam teknologi pembuatan topeng dikekalkan fotolitografi dan litografi elektron.

3.4.1. Fotolitografi. Fotolitografi adalah berdasarkan penggunaan bahan yang dipanggil fotoresists. Ini adalah sejenis emulsi fotografi yang dikenali dalam fotografi konvensional. Photoresists sensitif kepada cahaya ultraungu, jadi ia boleh diproses di dalam bilik yang tidak terlalu gelap.

Photoresists adalah negatif dan positif. Fotoresis negatif berpolimer di bawah tindakan cahaya dan menjadi tahan terhadap etsa (berasid atau beralkali). Ini bermakna selepas pendedahan tempatan, kawasan yang tidak terdedah akan terukir (seperti dalam gambar negatif biasa). Dalam photoresists positif, cahaya, sebaliknya, memusnahkan rantai polimer dan, oleh itu, kawasan yang diterangi akan terukir.

Lukisan topeng masa depan dibuat dalam bentuk yang dipanggil pho­ totemplate. Topeng foto adalah plat kaca tebal, di satu sisinya filem legap nipis digunakan dengan yang diperlukan melukis dalam bentuk lubang lutsinar. Dimensi lubang ini (elemen lukisan) pada skala 1: 1 sepadan dengan dimensi elemen IC masa hadapan, iaitu, ia boleh menjadi 20-50 mikron atau kurang (sehingga 2-3 mikron). Memandangkan IC dibuat melalui kaedah kumpulan, banyak jenis lukisan yang sama diletakkan pada topeng foto di sepanjang "baris" dan "lajur". Saiz setiap lukisan sepadan dengan saiz cip IC masa hadapan.

Proses fotolitografi untuk mendapatkan tingkap dalam topeng SiO2 oksida yang meliputi permukaan wafer silikon adalah seperti berikut (Rajah 3.3). Pada permukaan teroksida plat digunakan, sebagai contoh, photoresist negatif (FR). Topeng foto FS digunakan pada plat yang disalut dengan photoresist (dengan corak pada photoresist) dan terdedah kepada sinaran ultraungu (UV) lampu kuarza (Rajah 3.3a). Selepas itu, photomask dikeluarkan, dan photoresist dibangunkan dan diperbaiki.

Jika photoresist positif digunakan, maka selepas membangun dan menetapkan (yang terdiri daripada pengerasan dan rawatan haba photoresist), tingkap diperolehi di dalamnya di tempat-tempat yang sesuai dengan kawasan telus pada photomask.

Seperti yang mereka katakan, gambar tergerak daripada photomask kepada photoresist. Kini lapisan photoresist ialah topeng yang sesuai dengan lapisan oksida (Rajah 3.3b).

Melalui topeng fotoresistif, lapisan oksida terukir sehingga silikon (etsa ini tidak menjejaskan silikon). Asid hidrofluorik dan garamnya digunakan sebagai etsa. Akibatnya, corak dari photoresist dipindahkan ke oksida. Selepas penyingkiran (etching) topeng fotoresistif, hasil akhir fotolitografi ialah wafer silikon yang ditutup dengan topeng oksida dengan tingkap (Rajah 3.3c). Resapan, implantasi ion, etsa, dsb. boleh dilakukan melalui tingkap.

Rajah 3.3 - Proses fotolitografi

Dalam kitaran teknologi pembuatan elemen IC, proses fotolitografi digunakan berulang kali (secara berasingan untuk mendapatkan lapisan asas, pemancar, kenalan ohmik, dll.). Dalam kes ini, apa yang dipanggil masalah penjajaran photomask timbul. Dengan penggunaan berulang fotolitografi (sehingga 5-7 kali dalam teknologi PPIMS), toleransi penjajaran mencapai pecahan mikron. Teknik gabungan terdiri daripada membuat "tanda" khas (contohnya, salib atau segi empat sama) pada topeng foto, yang bertukar menjadi corak pada oksida dan bersinar melalui filem nipis fotoresist. Menggunakan photomask seterusnya, dengan cara yang paling tepat (di bawah mikroskop) tanda pada oksida digabungkan dengan tanda serupa pada photomask.

Proses fotolitografi yang dipertimbangkan adalah tipikal untuk mendapatkan topeng oksida pada wafer silikon untuk tujuan resapan tempatan berikutnya. Dalam kes ini, topeng fotoresistif adalah perantaraan, tambahan, kerana ia tidak dapat menahan suhu tinggi di mana penyebaran dijalankan. Walau bagaimanapun, dalam beberapa kes, apabila proses berjalan pada suhu rendah, topeng fotoresistif boleh menjadi asas - berfungsi. Contohnya ialah proses mencipta pendawaian logam dalam IC semikonduktor.

Apabila menggunakan topeng foto, lapisan emulsinya haus (terpadam) selepas 15-20 penggunaan. Hayat perkhidmatan topeng foto boleh ditingkatkan dengan dua urutan magnitud atau lebih melalui pengetatan: menggantikan filem emulsi dengan filem logam tahan haus, biasanya kromium.

Photomasks dibuat dalam set mengikut bilangan operasi fotolitografi dalam kitaran teknologi. Dalam set, topeng foto diselaraskan, iaitu, ia memastikan penjajaran corak apabila tanda yang sepadan dijajarkan.

3.4.2 Elektrolitografi. Kaedah yang diterangkan telah lama menjadi salah satu asas teknologi mikroelektronik. Mereka masih tidak kehilangan kepentingan mereka. Walau bagaimanapun, apabila tahap integrasi meningkat dan saiz elemen IS berkurangan, beberapa masalah timbul, yang telah diselesaikan sebahagiannya, dan sebahagiannya sedang dalam kajian.

Salah satu batasan asas yang dibimbangkan resolusi, iaitu dimensi minimum dalam corak topeng yang dihasilkan. Hakikatnya ialah panjang gelombang cahaya ultraviolet adalah 0.3-0.4 mikron. Oleh itu, tidak kira betapa kecilnya lubang dalam corak photomask, dimensi imej lubang ini dalam photoresist tidak dapat mencapai nilai yang ditentukan (disebabkan oleh pembelauan). Oleh itu, lebar minimum unsur adalah kira-kira 2 mikron, dan pada ultraviolet dalam (panjang gelombang 0.2-0.3 mikron) - kira-kira 1 mikron. Sementara itu, saiz tertib 1–2 μm sudah tidak cukup kecil apabila mencipta IC yang besar dan super besar.

Cara paling jelas untuk meningkatkan resolusi litografi ialah menggunakan sinaran panjang gelombang yang lebih pendek semasa pendedahan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah telah dibangunkan litografi elektronik . Intipati mereka ialah pancaran elektron terfokus imbas(iaitu, ia digerakkan "baris demi baris") di atas permukaan plat yang disalut dengan rintangan elektron, dan keamatan rasuk dikawal mengikut program yang diberikan. Pada titik yang sepatutnya "diterangi", arus rasuk adalah maksimum, dan pada titik yang sepatutnya "digelapkan", ia sama dengan sifar. Diameter rasuk elektron adalah berkadar terus dengan arus dalam rasuk: lebih kecil diameter, lebih rendah arus. Walau bagaimanapun, apabila arus berkurangan, masa pendedahan meningkat. Oleh itu, peningkatan dalam resolusi (penurunan dalam diameter rasuk) disertai dengan peningkatan dalam tempoh proses. Sebagai contoh, dengan diameter rasuk 0.2-0.5 μm, masa pengimbasan wafer, bergantung pada jenis electronoresist dan saiz wafer, boleh berkisar antara puluhan minit hingga beberapa jam.

Salah satu jenis litografi elektron adalah berdasarkan penolakan topeng rintangan elektron dan melibatkan tindakan pancaran elektron secara langsung pada lapisan oksida SiO2. Ternyata di tempat "suar" lapisan ini kemudiannya terukir beberapa kali lebih cepat daripada di kawasan "gelap".

Dimensi minimum untuk litografi elektron ialah 0.2 µm, walaupun maksimum yang boleh dicapai ialah 0.1 µm.

Kaedah litografi lain sedang disiasat, contohnya, sinar-X lembut (dengan panjang gelombang 1-2 nm) membolehkan memperoleh dimensi minimum 0.1 µm, dan litografi rasuk ion 0.03 µm.

3.5 Doping

Pengenalan bendasing ke dalam wafer asal (atau ke dalam lapisan epitaxial) melalui resapan pada suhu tinggi adalah kaedah awal dan masih kaedah utama bagi semikonduktor doping untuk mencipta struktur transistor dan elemen lain berdasarkannya. Walau bagaimanapun, baru-baru ini kaedah doping lain, implantasi ion, juga telah meluas.

3.5.1 Kaedah resapan. Penyebaran boleh menjadi umum dan tempatan. Dalam kes pertama, ia dijalankan di seluruh permukaan plat (Rajah 3.4a), dan dalam kedua - di kawasan tertentu plat melalui tingkap dalam topeng, sebagai contoh, dalam lapisan tebal SiO2 (Rajah 3.4b) .

Resapan am membawa kepada pembentukan lapisan resapan nipis dalam wafer, yang berbeza daripada lapisan epitaxial oleh taburan kekotoran yang tidak homogen (dalam kedalaman) (lihat lengkung N(x) dalam Rajah 3.6a dan b).

Rajah 3.4 - Resapan am dan setempat

Dalam kes resapan tempatan (Rajah 3.4b), kekotoran merebak bukan sahaja ke dalam kedalaman plat, tetapi juga dalam semua arah serenjang, iaitu di bawah topeng. Hasil daripada apa yang dipanggil resapan sisi ini, kawasan peralihan p-n yang datang ke permukaan ternyata "secara automatik" dilindungi oleh oksida. . Nisbah antara kedalaman sisi dan utama -

resapan "menegak" bergantung pada beberapa faktor, termasuk kedalaman lapisan resapan . Nilai 0.8×L boleh dianggap tipikal untuk kedalaman resapan sisi .

Penyebaran boleh dilakukan sekali atau berulang kali. Contohnya, semasa resapan pertama, bendasing penerima boleh dimasukkan ke dalam plat jenis-n asal dan lapisan p boleh diperolehi, dan kemudian, semasa resapan ke-2, bendasing penderma boleh dimasukkan ke dalam lapisan p yang terhasil. (kepada kedalaman yang lebih cetek) dan dengan itu menyediakan struktur tiga lapisan. Sehubungan itu, perbezaan dibuat antara resapan dua kali dan tiga kali ganda (lihat Bahagian 4.2).

Apabila menjalankan pelbagai penyebaran, perlu diingat bahawa kepekatan setiap kekotoran baru yang diperkenalkan mesti melebihi kepekatan yang sebelumnya, jika tidak, jenis kekonduksian tidak akan berubah, yang bermaksud bahawa persimpangan p-n tidak terbentuk. Sementara itu, kepekatan kekotoran dalam silikon (atau bahan sumber lain) tidak boleh sewenang-wenangnya besar: ia dihadkan oleh parameter khas - had keterlarutan bendasingNS. Keterlarutan menghadkan bergantung pada suhu. Pada suhu tertentu, ia mencapai nilai maksimum, dan kemudian menurun semula. Keterlarutan had maksimum, bersama-sama dengan suhu yang sepadan, diberikan dalam Jadual 3.1.

Jadual 3.1

Oleh itu, jika resapan berganda dijalankan, maka untuk resapan terakhir adalah perlu untuk memilih bahan dengan keterlarutan had maksimum. Oleh kerana julat bahan kekotoran adalah terhad,

adalah tidak mungkin untuk menyediakan lebih daripada 3 resapan berturut-turut.

Kekotoran yang diperkenalkan melalui penyebaran dipanggil penyebar(boron, fosforus, dll.). Sumber diffusant adalah sebatian kimianya. Ini boleh menjadi cecair (ВВr3, ROSl), pepejal (В2О3, P2O5) atau gas (В2Н6, РН3).

Penggabungan bendasing biasanya dilakukan dengan cara tindak balas pengangkutan gas, dengan cara yang sama seperti dalam epitaksi dan pengoksidaan. Untuk ini, sama ada zon tunggal atau dua zon ketuhar resapan.

Ketuhar dua zon digunakan dalam kes diffusant pepejal. Dalam relau sedemikian (Rajah 3.5) terdapat dua zon suhu tinggi, satu untuk penyejatan sumber diffusant, yang kedua untuk resapan itu sendiri.

Rajah 3.5 - Proses resapan

Wap sumber penyebaran yang diperoleh di zon pertama dicampur dengan aliran gas pembawa neutral (contohnya, argon) dan bersama-sama dengannya mencapai zon ke-2, di mana wafer silikon berada. Suhu di zon ke-2 lebih tinggi daripada di zon ke-1. Di sini, atom penyebaran dimasukkan ke dalam plat, manakala komponen lain sebatian kimia dibawa pergi oleh gas pembawa dari zon.

Dalam kes sumber diffusan cecair dan gas, penyejatan suhu tinggi tidak diperlukan. Oleh itu, relau zon tunggal digunakan, seperti dalam epitaksi, di mana sumber diffusant masuk sudah dalam keadaan gas.

Apabila menggunakan sumber cecair diffusant, resapan dijalankan dalam persekitaran pengoksidaan dengan menambahkan oksigen ke gas pembawa. Oksigen mengoksidakan permukaan silikon, membentuk oksida SiO2, iaitu, pada dasarnya, kaca. Dengan kehadiran diffusant (boron atau fosforus), borosilikat atau fosfosilikat kaca. Pada suhu melebihi 1000°C, cermin mata ini berada dalam keadaan cair, meliputi permukaan silikon dengan filem nipis. , supaya resapan kekotoran itu, secara tegasnya, daripada fasa cecair. Selepas pemejalan, kaca melindungi permukaan silikon pada titik resapan,

iaitu dalam tingkap topeng oksida. Apabila menggunakan sumber pepejal diffusant - oksida - pembentukan gelas berlaku dalam proses resapan tanpa oksigen yang diperkenalkan khas.

Terdapat dua kes pengedaran kekotoran dalam lapisan resapan.

1 Kes sumber kekotoran yang tidak terhad. Dalam kes ini, diffusant terus mengalir ke plat, supaya kepekatan kekotoran dalam lapisan berhampiran permukaannya dikekalkan malar sama dengan NS. Apabila masa resapan bertambah, kedalaman lapisan resapan bertambah (Rajah 3.6a).

2 Kes sumber kekotoran terhad. Dalam kes ini, mula-mula sejumlah atom peresap dimasukkan ke dalam lapisan nipis berhampiran permukaan plat (masa t1), dan kemudian sumber peresap dimatikan dan atom-atom kekotoran diagihkan semula ke atas kedalaman plat dengannya. jumlah nombor tidak berubah (Rajah 3.6b). Dalam kes ini, kepekatan kekotoran pada permukaan berkurangan, manakala kedalaman lapisan resapan meningkat (lengkung t2 dan t3). Peringkat pertama proses dipanggil "memaksa", yang kedua - "penyulingan" kekotoran.

Rajah 3.6 - Taburan peresap

3.5.2 Implantasi ion.

Implantasi ion ialah kaedah mendopan wafer (atau lapisan epitaxial) dengan mengebom ion kekotoran yang dipercepatkan kepada tenaga yang mencukupi untuk penembusannya ke dalam kedalaman pepejal.

Pengionan atom kekotoran, pecutan ion, dan pemfokusan pancaran ion dijalankan dalam kemudahan khas seperti pemecut zarah dalam fizik nuklear. Bahan yang sama digunakan sebagai kekotoran seperti dalam penyebaran.

Kedalaman penembusan ion bergantung kepada tenaga dan jisimnya. Semakin besar tenaga, semakin besar ketebalan lapisan yang diimplan. Walau bagaimanapun, apabila tenaga meningkat, begitu juga jumlahnya kecacatan sinaran dalam kristal, iaitu, parameter elektriknya merosot. Oleh itu, tenaga ion dihadkan kepada 100–150 keV. Tahap yang lebih rendah ialah 5-10 keV. Dengan julat tenaga sedemikian, kedalaman lapisan terletak dalam julat 0.1 - 0.4 μm, iaitu, ia jauh lebih rendah daripada kedalaman biasa lapisan resapan.

Kepekatan kekotoran dalam lapisan yang ditanam bergantung pada ketumpatan arus dalam pancaran ion dan masa proses, atau, seperti yang mereka katakan, pada masa ekspo-jawatan. Bergantung pada ketumpatan semasa dan kepekatan yang diingini, masa pendedahan berjulat dari beberapa saat hingga 3-5 minit atau lebih (kadangkala sehingga

1-2 jam). Sudah tentu, semakin lama masa pendedahan, semakin besar bilangan kecacatan sinaran.

Taburan bendasing biasa semasa implantasi ion ditunjukkan dalam Rajah 3.6c sebagai lengkung pepejal. Seperti yang dapat kita lihat, taburan ini berbeza dengan ketara daripada taburan resapan dengan kehadiran maksimum pada kedalaman tertentu.

Oleh kerana luas rasuk ion (1-2 mm2) adalah kurang daripada luas plat (dan kadangkala kristal), seseorang itu perlu imbas rasuk, iaitu gerakkannya dengan lancar atau "dalam langkah" (dengan bantuan sistem pesongan khas) satu demi satu di sepanjang semua "baris" plat, di mana IC individu terletak.

Setelah selesai proses pengaloian, plat mesti tertakluk kepada penyepuhlindapan pada suhu ° C untuk memerintahkan kekisi kristal silikon dan menghapuskan (sekurang-kurangnya sebahagian) kecacatan sinaran yang tidak dapat dielakkan. Pada suhu penyepuhlindapan, proses resapan agak mengubah profil pengedaran (lihat lengkung putus-putus dalam Rajah 3.6c).

Implantasi ion dilakukan melalui topeng, di mana laluan ion mestilah lebih pendek daripada silikon. Bahan untuk topeng boleh menjadi silikon dioksida atau aluminium biasa dalam IC. Pada masa yang sama, kelebihan penting implantasi ion ialah ion, bergerak dalam garis lurus, menembusi hanya ke dalam kedalaman plat, dan hampir tidak ada analogi dengan penyebaran sisi (di bawah topeng).

Pada dasarnya, implantasi ion, seperti penyebaran, boleh dilakukan berulang kali dengan "membenamkan" satu lapisan ke lapisan yang lain. Walau bagaimanapun, gabungan tenaga, masa pendedahan dan mod penyepuhlindapan yang diperlukan untuk implantasi berganda ternyata sukar. Oleh itu, implantasi ion telah menerima pengedaran utama dalam penciptaan lapisan tunggal nipis.

3.6 Pemendapan filem nipis

Filem nipis bukan sahaja asas IC hibrid filem nipis, tetapi juga digunakan secara meluas dalam litar bersepadu semikonduktor. Oleh itu, kaedah untuk mendapatkan filem nipis adalah antara isu umum teknologi mikroelektronik.

Terdapat tiga kaedah utama untuk mendepositkan filem nipis pada substrat dan di atas satu sama lain: terma(vakum) dan ion-plasma menyembur, yang mempunyai dua jenis: katod terpercik dan sebenarnya ion-plasma.

3.6.1 Penyemburan haba (vakum).

Prinsip kaedah sputtering ini ditunjukkan dalam Rajah 3.7a. Penutup logam atau kaca 1 terletak pada plat asas 2. Di antara mereka terdapat gasket 3, yang memastikan bahawa vakum dikekalkan selepas udara telah dialihkan dari ruang penutup. Substrat 4, di mana pemendapan dijalankan, dipasang pada pemegang 5 . Bersebelahan dengan pemegang adalah pemanasan (percikan dilakukan pada substrat yang dipanaskan). Penyejat 7 termasuk pemanas dan sumber bahan semburan. Peredam putar 8 menyekat aliran wap dari penyejat ke substrat: pemendapan kekal selama masa peredam dibuka.

Pemanas biasanya adalah filamen atau lingkaran yang diperbuat daripada logam refraktori (tungsten, molibdenum, dll.), yang melaluinya arus yang cukup besar. Sumber bahan yang disembur dikaitkan dengan pemanas dengan cara yang berbeza: dalam bentuk kurungan ("hussar"), digantung pada filamen; dalam bentuk batang kecil yang diliputi oleh lingkaran, dalam bentuk serbuk, dituangkan ke dalam

Rajah 3.7 - Aplikasi filem

pijar yang dipanaskan oleh lingkaran, dsb. Daripada filamen, pemanasan dengan bantuan pancaran elektron atau pancaran laser telah digunakan baru-baru ini.

Keadaan yang paling baik untuk pemeluwapan wap dicipta pada substrat, walaupun pemeluwapan separa juga berlaku pada dinding hud. Suhu substrat yang terlalu rendah menghalang pengedaran seragam atom terjerap: ia dikelompokkan ke dalam "pulau" dengan ketebalan yang berbeza, selalunya tidak bersambung antara satu sama lain. Sebaliknya, suhu substrat yang terlalu tinggi membawa kepada detasmen atom yang baru diselesaikan, kepada "penyejatan semula" mereka. Oleh itu, untuk mendapatkan filem berkualiti tinggi, suhu substrat mesti berada dalam had optimum tertentu (biasanya 200–400°C). Kadar pertumbuhan filem, bergantung pada beberapa faktor (suhu substrat, jarak dari penyejat ke substrat, jenis bahan termendap, dll.), berjulat dari persepuluh hingga puluhan nanometer sesaat.

Kekuatan ikatan - lekatan filem pada substrat atau filem lain - dipanggil lekatan. Sesetengah bahan biasa (seperti emas) mempunyai lekatan yang lemah pada substrat biasa, termasuk silikon. Dalam kes sedemikian, apa yang dipanggil lapisan bawah, yang dicirikan oleh lekatan yang baik, dan kemudian bahan asas disembur ke atasnya, yang juga mempunyai lekatan yang baik pada sublapisan. Sebagai contoh, untuk emas, sublapisan mungkin nikel atau titanium.

Agar atom bahan termendap yang terbang dari penyejat ke substrat mengalami bilangan perlanggaran minimum dengan atom gas sisa dan, dengan itu, serakan minimum, vakum yang cukup tinggi mesti dipastikan dalam ruang di bawah topi. Kriteria untuk vakum yang diperlukan boleh menjadi syarat bahawa laluan bebas purata atom adalah beberapa kali lebih besar daripada jarak antara penyejat dan substrat. Walau bagaimanapun, keadaan ini selalunya tidak mencukupi, kerana sebarang jumlah sisa gas penuh dengan pencemaran filem termendap dan perubahan sifatnya. Oleh itu, pada dasarnya, vakum dalam pemasangan semburan haba harus setinggi mungkin. Vakum kini berada di bawah 10-6 mmHg. Seni. dianggap tidak boleh diterima, dan dalam beberapa pemasangan sputtering kelas pertama ia telah dinaikkan sehingga 10-11 mm Hg. Seni.

Prinsip pembentukan struktur litar mikro. Kebersihan vakum elektronik

Prinsip asas teknologi bersepadu. Prinsip lokaliti. Prinsip pelapisan. Persekitaran udara berdebu. Suhu dan kelembapan udara. Kebersihan premis dan jumlah tempatan. Bilik bersih modular.

Air, gas dan media gas yang digunakan dalam penghasilan IC

Keperluan untuk menggunakan campuran air, gas dan gas yang bersih. Kebersihan peralatan, premis dan kebersihan diri pekerja.

Keperluan untuk proses teknologi. Keperluan untuk syarat pengeluaran peranti mikroelektronik

Kebolehpercayaan. Keberuntungan. Keselamatan. Kebolehkilangan. Keperluan untuk membangunkan reka bentuk dan dokumentasi teknologi.

Menyediakan jongkong dan memotongnya menjadi wafer

Orientasi jongkong. Pembentukan potongan asas. Memotong jongkong ke dalam pinggan.

Pemesinan plat. Bahan dan alatan yang melelas

Keperluan dan intipati pemesinan plat. Bahan dan alatan yang melelas yang digunakan dalam mengisar dan mengilat plat.

Pengisaran dan chamfering, plat penggilap

Pengisaran plat. Menggilap plat. Penyingkiran chamfer. Kaedah dan teknologi

9Kawalan kualiti wafer dan substrat selepas pemesinan

Pengukuran dimensi geometri plat selepas pemesinan. Kawalan kualiti permukaan plat. Pengukuran ketinggian kekasaran mikro pada pinggan.

10Membersihkan pinggan. Kaedah dan cara

Klasifikasi bahan cemar dan kaedah pembersihan. Penyahgris dengan rendaman, jet, dsb. Kaedah untuk memantau kebersihan permukaan plat.

11Rawatan kimia dan pembersihan permukaan plat. Intensifkan proses pembersihan

Penyahgris dalam pelarut, penyahgris dalam wap pelarut, penyahgris dalam serbuk detergen, dalam alkali, dalam larutan peroksida-ammonia. Penyahgaraman ultrasonik, pembersihan hidromekanikal, pembersihan jet, mendidih, dsb.

Goresan plat

Kinetik etsa silikon. Goresan terpilih dan menggilap. Kebergantungan kadar goresan pada sifat bahan yang digunakan.

13Cucian kering. Pelepasan gas pada tekanan rendah

Pekali semburan. Ciri-ciri tersendiri etsa. Goresan rasuk ion.

14Kaedah etsa plasma

Fizik proses etsa ion. Kecekapan semburan permukaan. Mengukir dalam ruang diod dan triod. Ciri-ciri reka bentuk, kelebihan dan kekurangan mereka.

15Ion-plasma dan goresan pancaran ion.

Kaedah reaktif etsa plasma: ion-beam dan ion-plasma etsa. Goresan plasma menggunakan campuran yang mengandungi gas.

16Gresan kimia plasma, goresan ion reaktif

etsa plasma. Goresan kimia plasma radikal. Goresan ion-plasma reaktif dan goresan rasuk ion Goresan anisotropi dan selektiviti.

17Faktor yang menentukan kadar dan selektiviti goresan

Tenaga dan sudut tuju ion. Komposisi gas kerja. Tekanan, ketumpatan kuasa dan kekerapan. Kadar aliran. Suhu permukaan yang dirawat.

18Kawalan kualiti wafer dan substrat

Kawalan permukaan plat. Kawalan kualiti pembersihan permukaan (kaedah titik bercahaya, kaedah drop, kaedah tribometrik, kaedah tidak langsung).

19Fotolitografi. Photoresists. Operasi fotolitografi

aktif menentang. Proses fotokimia yang berlaku dalam fotoresist apabila penyinaran fotoresist negatif dan positif. Ciri-ciri operasi untuk mendapatkan corak pada filem fotoresistif.

20Teknologi operasi fotolitografik

Kaedah dan intipati operasi fotolitografi. Mod pemprosesan filem fotoresistif dan keperluan untuk pematuhan tepat mereka.

21Fotolitografi bukan sentuh. Had fotolitografi kenalan. Fotolitografi unjuran

Fotolitografi mikrogap. Fotolitografi unjuran dengan penghantaran imej 1:1 dan pengurangan imej. Had fizikal dan teknikal fotolitografi kenalan.

22Pemendapan vakum terma

Pembentukan wap bahan. Penyebaran wap dari sumber ke substrat. Pemeluwapan wap pada permukaan substrat. Pembentukan filem nipis. Teknik penyemburan vakum terma. Kebaikan dan keburukan kaedah.

Varian kaedah untuk mendapatkan filem oksida pada wafer silikon

Pengoksidaan terma pada tekanan tinggi. Pengoksidaan terma dengan penambahan wap hidrogen klorida. Pilihan rejim dan syarat untuk menanam oksida terma.

26Sifat silikon dioksida

Struktur silikon dioksida Faktor yang mempengaruhi keliangan silikon dioksida.

Metalisasi struktur

Keperluan untuk kenalan ohmik, trek pembawa arus dan pad. Teknologi dan ciri-ciri metalisasi struktur.

Penyediaan struktur semikonduktor untuk pemasangan

Kawalan struktur siap dengan parameter elektrik. Mengikat plat pada pembawa pelekat. Keperluan untuk proses mengasingkan wafer kepada kristal. Lukisan berlian dan laser pada plat dan substrat. Menconteng pinggan dengan pemotong berlian. Ciri-ciri proses, kebaikan dan keburukan.

61 Kaedah pemisahan plat berorientasikan

Pemisahan plat menjadi kristal dengan pemeliharaan orientasinya. Ciri-ciri proses teknologi. Kebaikan dan keburukan pemotongan cakera. Memecahkan pinggan. Pemisahan plat tanpa menggunakan pemecahan selanjutnya

Shatalova V.V.

Soalan yang disediakan oleh guru

1. Malysheva I.A. Teknologi untuk penghasilan litar bersepadu. - M .: Radio dan komunikasi, 1991

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

3. Till U., Lakson J. Litar bersepadu, bahan, peranti, pembuatan. – M.: Mir, 1985.

4. Maller R., Keimins T. Elemen litar bersepadu. – M.: Mir, 1989.

5. Koledov L.A. Teknologi dan reka bentuk litar mikro, mikropemproses dan pemasangan mikro - M .: Lan-press LLC, 2008.

6. Onegin E.E. Pemasangan IC automatik - Minsk: Sekolah tinggi, 1990.

7. Chernyaev V.N. Teknologi penghasilan litar bersepadu dan mikropemproses. - M .: Radio dan komunikasi, 1987

8. Parfenov O.D. Teknologi cip mikro, - M .: Sekolah tinggi, 1986.

9. Turtsevich A.S. Filem silikon polihablur dalam teknologi pengeluaran litar bersepadu dan peranti semikonduktor. - Minsk: Sains Bel, 2006.

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

Ciri umum teknologi pengeluaran litar mikro

Konsep asas. Pengelasan dan ciri litar bersepadu (IC). Peringkat utama teknologi pembuatan IC, tujuan dan peranannya. Prinsip teknologi bersepadu, kaedah pembuatan struktur litar mikro, ciri teknologi pengeluaran IC.

Proses teknologi utama yang digunakan dalam pembuatan litar bersepadu semikonduktor ialah pengoksidaan, fotolitografi, resapan, epitaksi, dan doping ion.

Pengoksidaan silikon. Proses ini amat penting dalam teknologi pembuatan litar bersepadu semikonduktor. Silikon dioksida Si0 2 ialah oksida berkaca yang mempunyai komposisi kimia yang sama dengan kaca kuarza. Oksida ini adalah penebat yang baik untuk elemen litar individu, berfungsi sebagai topeng yang menghalang penembusan kekotoran semasa resapan, digunakan untuk melindungi permukaan dan mencipta unsur dielektrik aktif (contohnya, dalam MOSFET). Mereka membentuk salutan berterusan seragam pada permukaan silikon, yang mudah terukir dan dikeluarkan dari kawasan tempatan. Pengoksidaan semula memberikan perlindungan P-N-peralihan daripada pengaruh persekitaran. Pekali pengembangan haba silikon dan silikon dioksida adalah rapat. Silikon dioksida mempunyai lekatan yang baik dan agak mudah dibuat pada permukaan wafer.

Bergantung kepada kaedah penyediaan, oksida terma dan anodik dibezakan.

Oksida terma diperoleh melalui tindak balas dipercepatkan pemanasan silikon dengan oksigen dan bahan lain yang mengandungi oksigen. Oksida sedemikian adalah ~1 µm tebal dan mempunyai ketumpatan tinggi.

Kaedah pengoksidaan haba mempunyai dua jenis:

1) pengoksidaan suhu tinggi dalam aliran oksigen kering dan gas lembap;

2) pengoksidaan dalam wap air pada tekanan tinggi (sehingga 50 MPa), pada suhu yang agak rendah (5OO...900°C).

Pengoksidaan dalam aliran gas lembap dilakukan mengikut Rajah 1.8. Wafer silikon diletakkan dalam tiub kuarza, di mana suhu ditetapkan kepada 1100°C. Satu hujung paip disambungkan kepada pelembap (air ternyahion) yang melaluinya gas (argon, nitrogen, dsb.) disalurkan. Apabila pelembap dimatikan, oksigen kering masuk terus ke dalam tiub kuarza. Pengoksidaan dijalankan dalam urutan berikut: pegangan awal dalam oksigen kering (~15 min); pengoksidaan jangka panjang dalam oksigen lembap (2 jam) dan pengoksidaan akhir dalam oksigen kering. Operasi pertama memberikan filem yang kuat dengan ketebalan kecil. Rawatan terma dalam oksigen lembap menyediakan pertumbuhan filem yang cepat (sehingga 1 μm), tetapi ketumpatannya tidak mencukupi. Rawatan seterusnya dalam oksigen kering membawa kepada ketumpatan filem dan peningkatan dalam strukturnya.

Ketebalan oksida yang paling biasa digunakan ialah sepersepuluh mikrometer, dan had atas ketebalan ialah 1 µm. Penambahan komponen yang mengandungi klorin ke dalam medium teroksida meningkatkan kadar pengoksidaan dan meningkatkan keamatan pecahan. Peranan utama klorin ialah transformasi atom kekotoran (kalium, natrium, dll.) yang secara tidak sengaja masuk ke dalam silikon dioksida kepada yang tidak aktif secara elektrik.

Pengoksidaan silikon dalam wap air pada tekanan tinggi dijalankan di dalam ruang, permukaan dalamannya disalut dengan emas atau logam lengai lain untuk mengelakkan tindak balas yang tidak diingini. Wafer silikon dan sejumlah air ketulenan tinggi diletakkan di dalam ruang, yang dipanaskan pada suhu pengoksidaan (500...800°C). Ketebalan filem bergantung pada tempoh pengoksidaan, tekanan dan kepekatan wap air.

Kualiti filem oksida dipengaruhi oleh ketulenan isipadu kerja di mana proses itu dilakukan. Kemasukan walaupun jumlah atom kekotoran yang tidak ketara boleh mengubah sifat bahan bahan kerja asal dengan ketara. Kesan yang paling berbahaya adalah disebabkan oleh kekotoran tembaga, yang pekali resapan dalam silikon adalah sangat tinggi.

Amat penting ialah penulenan preoksidatif silikon daripada bahan cemar yang membawa kepada ketakselanjaran dalam filem. Kelebihan pengoksidaan tekanan tinggi adalah kemungkinan menurunkan suhu proses tanpa meningkatkan tempoh.

Pengoksidaan anod silikon mempunyai dua pengubahsuaian: pengoksidaan dalam elektrolit cecair dan dalam plasma gas. Proses pengoksidaan anodik memungkinkan untuk mendapatkan filem oksida pada suhu yang lebih rendah, yang mengehadkan pengagihan semula kekotoran di kawasan resapan yang telah dibentuk.

Untuk mencipta penebat interlayer, proses pengoksidaan tidak digunakan, dan lapisan dielektrik diperoleh melalui pemendapan.

Filem silikon dioksida sebagai lapisan pelindung mempunyai kelemahan berikut: 1) keliangan struktur, yang membawa kepada kemungkinan wap air dan beberapa kekotoran menembusi permukaan silikon asal; 2) keupayaan atom beberapa unsur untuk berhijrah melalui filem silikon dioksida, yang membawa kepada ketidakstabilan dalam ciri-ciri peranti semikonduktor.

Fotolitografi. Fotolitografi ialah proses membentuk imej photoresist bagi topologi litar pada permukaan substrat dioksida dan kemudian memindahkannya ke substrat. Dalam struktur, ia bertepatan dengan kaedah yang digunakan dalam pembentukan konduktor papan litar bercetak. Walau bagaimanapun, proses ini mempunyai spesifiknya sendiri, disebabkan oleh keperluan resolusi tinggi dan peningkatan keperluan untuk kualiti bahan yang digunakan dan kebersihan alam sekitar.

Photoresist ialah filem nipis larutan organik, yang sepatutnya mempunyai sifat, selepas terdedah kepada cahaya ultraungu, untuk mempolimer dan menjadi tidak larut. Keperluan utama untuk photoresists adalah resolusi tinggi, kepekaan cahaya, ketahanan terhadap etsa dan pelbagai penyelesaian kimia, lekatan yang baik pada permukaan produk.

Peleraian fotoresist ialah bilangan garisan yang boleh digunakan pada satu milimeter permukaan papan dengan jarak di antaranya sama dengan lebarnya. Resolusi bergantung pada jenis photoresist dan ketebalan lapisan. Dengan lapisan nipis, ia lebih besar daripada yang tebal.

Mengikut cara corak terbentuk, photoresists dibahagikan kepada negatif dan positif (Rajah 1.9).

Kawasan photoresist negatif, yang berada di bawah kawasan lutsinar photomask, di bawah tindakan cahaya ultraviolet, mendapatkan harta untuk tidak larut semasa pembangunan. Kawasan photoresist yang terletak di bawah kawasan legap pada photomask mudah dikeluarkan apabila terbentuk dalam pelarut. Maka terciptalah; pelepasan, iaitu imej unsur cahaya topeng foto (Rajah 1.9, a).

Fotoresist negatif diperbuat daripada alkohol polivinil. Ia digunakan secara meluas kerana ketiadaan komponen toksik, resolusi yang boleh diterima (sehingga 50 baris/mm), kemudahan pembangunan dan kos rendah. Kelemahannya ialah kemustahilan menyimpan lebih daripada 3 ... 5 jam kosong dengan lapisan yang didepositkan, kerana yang terakhir dikeraskan walaupun dalam gelap. Di samping itu, dengan penurunan kelembapan dan suhu ambien, kekuatan mekanikal lapisan fotosensitif dan lekatannya pada permukaan berkurangan.

Photoresist positif di bawah tindakan penyinaran mengubah sifatnya sedemikian rupa sehingga semasa pemprosesan, kawasan yang disinari larut dalam pemaju, dan kawasan yang tidak disinari (terletak di bawah kawasan legap topeng foto) kekal pada permukaan papan (Rajah 1.9). , b).

Untuk photoresists positif, bahan berasaskan sebatian diazo digunakan, yang terdiri daripada asas polimer fotosensitif (resin novolac), pelarut, dan beberapa komponen lain. Dari segi lekatan dan resolusi, mereka lebih baik daripada photoresists negatif, tetapi ia lebih mahal dan mengandungi pelarut toksik. Resolusi fotoresis positif adalah sehingga 350 garisan/mm. Kelebihan photoresist positif ialah ketiadaan penyamakan semasa penyimpanan kosong dengan lapisan fotosensitif digunakan.

Dalam proses teknologi pengeluaran IC, fotoresist cecair dan kering digunakan.

Photoresists cecair digunakan dengan mencelup (mencelup), menuang dengan sentrifugasi, bergolek dengan roller bergaris, dan kaedah lain.

Photoresists kering, yang telah menjadi lebih meluas kerana kebolehkilangan yang lebih besar dan kemudahan penggunaan, adalah struktur nipis tiga lapisan: filem telus optik (biasanya polietilena terephthalate), polimer fotosensitif, dan filem lavsan pelindung. Mereka digunakan pada suhu tinggi dengan penyingkiran awal lapisan pelindung dan pelekatan photoresist. Selepas corak terdedah, filem optik dikeluarkan dan imej dibangunkan di dalam air. Dalam kes ini, kawasan gambar yang tidak terdedah akan dialih keluar.

Resolusi tinggi corak litar disediakan oleh photoresists positif. Walau bagaimanapun, kelebihan mereka tidak mengecualikan kemungkinan menggunakan photoresists negatif, yang lebih tahan asid dan lebih mudah untuk dibangunkan.

Peringkat utama proses fotolitografi dalam pelaksanaan percetakan sentuhan ditunjukkan dalam Rajah 1.10.

Penyediaan permukaan substrat (Rajah 1.10, a) memberi kesan ketara kepada lekatan photoresist. Yang terakhir harus digunakan dengan segera selepas plat teroksida tanpa sebarang rawatan permukaan tambahan. Jika substrat disimpan selama lebih daripada satu jam, maka rawatan haba dilakukan dalam oksigen kering atau nitrogen pada t=1000°C selama beberapa minit. Ia menghapuskan hidrofilik permukaan substrat.

Rintangan foto digunakan secara sentrifugasi (Rajah 1.10.6). Ketebalan optimum lapisan photoresist adalah dalam julat 0.3...0.8 µm. Apabila ketebalan lapisan kurang daripada 0.2 μm, kebarangkalian tusukan meningkat dengan mendadak, dan pada ketebalan lebih daripada 1 μm, resolusi proses berkurangan, yang menjadikannya mustahil untuk mendapatkan elemen dengan dimensi kecil.

Apabila menggunakan photoresist, adalah perlu untuk memastikan keseragaman lapisan (ketiadaan liang, zarah asing, dll.) Dan keseragaman dalam ketebalan. Kehomogenan lapisan bergantung pada kesucian photoresist awal, kesucian alam sekitar, mod dan kaedah pengeringan. Keseragaman ketebalan lapisan bergantung kepada kelikatan photoresist dan mod pemendapannya. Ketebalan lapisan yang tidak sekata adalah punca kemerosotan kontras disebabkan oleh kesesuaian topeng foto yang tidak lengkap ke lapisan foto semasa pendedahan.

Penyingkiran pelarut dari lapisan photoresist untuk membentuk filem yang kuat dan homogen dilakukan dengan pengeringan pada t =18...20°C selama 15...30 min, dan kemudian pada t=90...100°C selama 30 min.

Pemindahan imej daripada photomask ke plat yang ditutup dengan lapisan photoresist direalisasikan melalui pendedahan (Rajah 1.10, c). Sekiranya proses fotolitografi diulang, maka perlu untuk menggabungkan corak yang diperoleh sebelum ini dengan corak pada photomask. Ketepatan penjajaran ialah 0.25 ... 0.5 µm. Lampu xenon dan merkuri-kuarza digunakan sebagai sumber cahaya.

Kualiti pemindahan dipengaruhi dengan ketara oleh fenomena pembelauan yang berlaku apabila terdapat jurang antara templat dan plat. Jurang timbul kerana substrat tidak rata, mencapai 20 μm. Kualiti pemindahan imej dari photomask ke lapisan photoresist hanya boleh dinilai selepas pembangunan.

Pembangunan imej terpendam (Rajah 1.10, d) dalam photoresist negatif terdiri daripada penyingkiran kawasan yang berada di bawah tempat gelap photomask. Dalam kes photoresist positif, kawasan yang disinari dikeluarkan. Fotoresis negatif ditunjukkan dalam pelarut organik (trikloretilena, dll.), dan positif - dalam larutan alkali. Untuk meningkatkan sifat perlindungan, lapisan yang terhasil dikeringkan pada t=100...120°C, dan kemudian disamak pada t=200...250°C selama 30...40 min.

Corak litar yang diperlukan diperolehi dengan mengetsa kawasan substrat yang tidak dilindungi oleh photoresist dalam campuran asid nitrik dan hidrofluorik (Rajah 1.10, e).

Goresan hendaklah memastikan goresan lengkap filem oksida. Dalam kes ini, terdapat kes apabila perlu untuk menggores filem oksida dengan ketebalan yang berbeza secara serentak. Ketepatan operasi etsa bergantung pada ketepatan negatif dan kualiti photoresist. Dalam kes lekatan lapisan yang lemah pada permukaan bahan kerja, asid hidrofluorik boleh menembusi di bawah lapisan yang disamak dan mengeluarkan kawasan filem oksida yang dilindungi olehnya. Lapisan photoresist yang tinggal di permukaan dikeluarkan dalam pelarut, yang digunakan sebagai cecair organik dan asid sulfurik. Selepas bengkak, filem photoresist dikeluarkan dengan swab.

Fotolitografi adalah salah satu proses teknologi utama dalam penghasilan litar mikro semikonduktor. Penggunaannya yang meluas dijelaskan oleh kebolehulangan dan resolusi yang tinggi, yang memungkinkan untuk mendapatkan corak saiz kecil, kepelbagaian dan fleksibiliti kaedah, dan produktiviti yang tinggi. Kelemahan fotolitografi sentuhan ialah kehausan cepat topeng foto dan berlakunya kecacatan pada permukaan sentuhan. Apabila bersentuhan, topeng foto menekan mana-mana zarah (seperti zarah habuk) ke dalam lapisan fotoresist, yang membawa kepada kecacatan pada lapisan fotoresist pelindung.

Sebutir habuk pada permukaan photoresist boleh menghalang pengerasannya dan membawa kepada pembentukan lubang ("tusukan") dalam oksida. Setitik habuk atau beberapa titik gelap pada bahagian lutsinar topeng foto boleh memberikan kesan yang sama. Lubang di bahagian gelap pada topeng foto boleh menyebabkan penyingkiran filem oksida yang tidak lengkap. Saiz zarah habuk adalah sepadan dengan saiz kawasan unsur sentuhan. Kehadiran mereka membawa kepada perkahwinan litar mikro.

Kebarangkalian kecacatan yang muncul akibat zarah habuk tidak larut dan bahan cemar titik lain mendapat pada permukaan silikon adalah berkadar dengan luas wafer. Kehadiran kecacatan sedemikian mengehadkan kawasan maksimum litar mikro.

Fotolitografi bukan sentuhan (unjuran) menghapuskan sentuhan antara photomask dan lapisan photoresist, yang memungkinkan untuk mengelakkan beberapa kelemahan yang wujud dalam fotolitografi sentuhan.

Kaedah percetakan unjuran terdiri daripada menayangkan imej dari topeng foto ke atas pinggan yang ditutup dengan lapisan fotoresist, diletakkan pada jarak yang agak jauh antara satu sama lain. Dimensi gambar pada photomask boleh dibuat pada skala yang diperbesarkan. Dengan kaedah ini, keperluan untuk kerataan substrat dan keseragaman ketebalan lapisan photoresist meningkat. Permintaan tinggi diletakkan pada lensa, yang mesti memberikan resolusi yang diperlukan ke atas keseluruhan medan kerja substrat. Pada masa ini, resolusi terbaik (0.4 µm) boleh didapati pada kawasan seluas 2x2 mm. Kesukaran mencipta kanta yang memberikan resolusi tinggi di kawasan yang luas menghalang pengenalan meluas kaedah fotolitografi unjuran.

Fotolitografi Microgap menggabungkan kelebihan kaedah sentuhan dan unjuran fotolitografi. Dengan kaedah ini, jurang 10 ... 20 mikron diwujudkan antara plat dan photomask. Jurang sedemikian cukup besar untuk meminimumkan fenomena pembelauan, dan pada masa yang sama cukup kecil untuk mengabaikan herotan bukan linear dalam jurang semasa penghantaran imej. Peralatan pendedahan jurang mikro industri jauh lebih kompleks daripada peralatan pendedahan kenalan.

Penyebaran. Ini ialah proses pemindahan dopan dari kawasan berkepekatan tinggi ke kawasan berkepekatan rendah. Jika terdapat kecerunan kepekatan atom mana-mana unsur dalam pepejal, maka gerakan resapan terarah dicipta, yang cenderung untuk menyamakan kepekatan atom-atom ini di seluruh isipadu. Proses penyamaan kepekatan berlaku pada suhu yang cukup tinggi, apabila halaju zarah meningkat dengan mendadak. Mereka dicirikan oleh pekali resapan D, yang ditentukan oleh jisim bahan yang menembusi melalui satu kawasan per unit masa dengan kecerunan kepekatan sama dengan satu.

Pekali resapan untuk bahan tertentu dan kekotoran boleh meresap dalam anggaran pertama hanya bergantung pada suhu (pergantungan eksponen).

Pekali resapan unsur kumpulan III (B, A1, Ip) ke dalam silikon ialah 1 ... 1.5 susunan magnitud lebih tinggi daripada unsur kumpulan V (As; P; Sb). Contohnya, pekali resapan boron ke dalam silikon pada t == 1473 K ialah 10.5 cm 2 /s, arsenik - 0.3 cm 2 /s.

Proses resapan dijalankan dalam dua peringkat. Pada peringkat pertama, lapisan tepu kekotoran dicipta pada kristal daripada sumber tak terhingga (fasa gas). Peringkat ini dipanggil pemanduan najis. Ia dijalankan dengan kehadiran oksigen, yang menyumbang kepada pembentukan lapisan kaca borosilikat (untuk kekotoran B 2 0 3) atau kaca fosforus-silikat (untuk kekotoran P 2 O 5) di permukaan. Parameter proses pemanduan ialah kepekatan peresap dan oksigen dalam gas pembawa, halaju campuran gas dan masa proses. Pada peringkat kedua, bahan tambah mengalami pengagihan semula. Peringkat ini dipanggil penyebaran kekotoran. Ia dilakukan pada t = 800...1000°C tanpa ketiadaan sumber kekotoran luar. Suasana kerja adalah campuran gas lengai dan oksigen. Penyerakan kekotoran ke dalam kedalaman wafer disertai dengan pertumbuhan filem silikon oksida pelindung.

Penyebaran dijalankan dalam julat suhu 1100...1300°C, dan mengambil kira proses pemanduan dalam proses dua peringkat -1000...1300°. Di bawah 1000 °C, pekali resapan adalah sangat kecil dan kedalaman resapan boleh diabaikan. Di atas 1300°C, pelanggaran permukaan plat berlaku di bawah tindakan suhu tinggi.

Sebatian pepejal, cecair dan gas digunakan sebagai sumber kekotoran. Boron dan fosforus paling kerap digunakan dalam bentuk sebatian kimia B 2 0 5, P 2 O 5, dsb.

Resapan dalam aliran gas pembawa daripada sumber pepejal dilakukan dalam pemasangan dua zon (Rajah 1.11). Sumber kekotoran diletakkan di zon suhu rendah, dan wafer silikon diletakkan di zon suhu tinggi (1100 ... 1200 ° C). Paip dibersihkan dengan campuran gas lengai dengan oksigen, dan selepas menetapkan rejim suhu, plat diletakkan di kawasan kerja. Molekul kekotoran yang menyejat dibawa oleh gas pembawa ke plat dan melalui lapisan kaca cecair jatuh pada permukaannya. Kaca cecair melindungi permukaan plat daripada penyejatan dan kemasukan zarah asing. Kelemahan proses resapan daripada sumber pepejal - kerumitan pemasangan dan kesukaran mengawal tekanan wap.

Resapan dalam aliran gas pembawa daripada sumber cecair dijalankan pada persediaan zon tunggal yang lebih mudah, di mana ia adalah mungkin untuk memperoleh julat kepekatan permukaan yang lebih luas. Kelemahan proses sedemikian ialah ketoksikan kepekatan yang tinggi.

Resapan dalam isipadu tertutup. Resapan sedemikian memberikan kebolehulangan yang baik bagi parameter lapisan resapan. Dalam kes ini, wafer silikon dan sumber kekotoran diletakkan dalam ampul kuarza, yang dipam keluar pada tekanan 10 -3 Pa atau diisi dengan gas lengai. Kemudian ampul dimeteraikan dan diletakkan di dalam relau pemanasan. Molekul wap kekotoran diserap oleh permukaan wafer semikonduktor dan meresap ke dalamnya. Kaedah ini digunakan untuk penyebaran boron, antimoni, arsenik, fosforus. Kekotoran ini sangat toksik, dan resapan dalam ampul menghapuskan kemungkinan keracunan.

Kelebihan kaedah ini adalah kemungkinan menggunakan satu ketuhar untuk penyebaran beberapa kekotoran tanpa pencemaran bersama mereka, kelemahannya adalah produktiviti yang rendah dan keperluan untuk proses pemuatan yang berhati-hati, kerana sebarang bahan yang memasuki ampul meresap bersama dengan kekotoran utama.

Untuk semua kaedah penyebaran, adalah perlu untuk memastikan pengagihan suhu seragam di sepanjang paksi zon panas. Jika toleransi pada kedalaman lapisan resapan ialah 100%, maka sudah memadai untuk mengekalkan suhu dengan ketepatan ±5°C. Dengan toleransi 20%, suhu mesti dikekalkan dengan ketepatan ± 0.5 ° C.

Kedalaman resapan berbeza dari beberapa mikrometer (untuk elemen litar) hingga 10 ... 100 mikron untuk pengasingannya. Kedalaman resapan yang besar memerlukan masa yang ketara (sehingga 60 jam).

Kekotoran yang meresap ke dalam silikon melalui lubang dalam oksida merambat secara sisi dengan jumlah yang hampir sama dengan kedalaman.

Kecacatan resapan yang paling biasa ialah sisihan dalam kedalaman lapisan resapan. Sebab penyimpangan tersebut adalah habuk dan zarah lain pada permukaan plat, serta sisa fotoresist. Kecacatan permukaan dan gangguan dalam kekisi kristal menyumbang kepada penembusan yang lebih dalam bagi peresap ke dalam bahan. Untuk mengurangkan bilangan kecacatan tersebut, adalah perlu untuk memerhati dengan teliti kebersihan persekitaran, bahan dan peralatan semasa operasi persediaan dan semasa proses penyebaran.

resit P-N-peralihan menggunakan kaedah resapan membolehkan anda mengawal kedalaman dan lokasi peralihan dengan tepat, kepekatan bendasing, dsb. Kelemahan proses resapan ialah ketidakmungkinan mendapatkan peralihan yang jelas antara kawasan dengan jenis kekonduksian yang berbeza.

Epitaksi. Ini ialah proses pertumbuhan lapisan dengan struktur kristal yang teratur dengan melaksanakan tindakan orientasi substrat. Dalam penghasilan litar bersepadu, dua jenis epitaksi digunakan: homoepitaksi dan heteroepitaksi.

Homoepitaxy (autoepitaxy) ialah proses pertumbuhan berorientasikan bahan kristal yang tidak berbeza dalam komposisi kimia daripada bahan substrat. Heteroepitaxy ialah proses pertumbuhan berorientasikan sesuatu bahan yang berbeza dalam komposisi kimia daripada bahan substrat.

Dalam proses mengembangkan filem epitaxial, dopan boleh dimasukkan ke dalamnya, mencipta filem semikonduktor dengan taburan kepekatan yang dikehendaki dan jenis kekonduksian tertentu. Ini memungkinkan untuk mendapatkan sempadan yang jelas antara kawasan dengan jenis kekonduksian yang berbeza.

Yang paling meluas pada masa ini ialah kaedah klorida yang dipanggil untuk mendapatkan lapisan silikon epitaxial, berdasarkan pengurangan silikon tetraklorida. Proses ini dijalankan dalam reaktor, iaitu tiub kuarza yang diletakkan di dalam induktor penjana RF. Reaktor boleh terdiri daripada jenis mendatar dan menegak.

Dalam reaktor mendatar (Rajah 1.12), wafer silikon diletakkan pada penyokong grafit. Pemanasan dijalankan oleh penjana frekuensi tinggi. Sebelum memulakan proses, sistem diisi dengan nitrogen atau helium untuk mengeluarkan udara dan dibersihkan dengan hidrogen tulen, yang pada suhu 1200°C bertindak balas dengan sisa-sisa filem oksida pada permukaan substrat dan hampir menghilangkannya sepenuhnya. Bilik itu kemudiannya diisi

campuran HC1 dan H 2 untuk mengetsa lapisan beberapa mikrometer tebal daripada wafer silikon. Operasi goresan gas membuang lapisan dan sisa yang rosak Si0 2. Filem epitaxial diperoleh tanpa kecacatan struktur. Selepas pembersihan, sistem dibersihkan dengan hidrogen selama beberapa minit, kemudian SiCl4 dan dopan. Akibat tindak balas

5iС1 4(gas) + 2H 2(gas) ↔ Si(KERAS) ↓ + 4HC1(GAS)

Silikon tetraklorida terurai dan silikon dimendapkan pada substrat silikon, yang mengambil struktur lapisan asas. Selepas akhir proses, substrat disejukkan dengan aliran hidrogen tulen.

Nisbah tertentu hidrogen, silikon klorida dan kekotoran dicapai dengan mengawal kadar suapan dan suhu. Kadar aliran biasa gas pembawa (hidrogen) ialah 10 L/min, dan nisbah antara jumlah H 2 dan SiCl4 ialah 1000: 1. Peresap gas dimasukkan ke dalam campuran ini dalam jumlah lebih kurang 300 bahagian setiap 1,000,000 bahagian campuran gas.

Fosfin digunakan sebagai kekotoran penderma. (RN 3), dan untuk mendapatkan lapisan P-jenis - diborane (B 2 H 6).

Kadar pertumbuhan filem epitaxial bergantung kepada penggunaan SiCl4 dan H 2 suhu substrat, jumlah kekotoran yang diperkenalkan, dsb. Pembolehubah ini, yang boleh dikawal dengan agak tepat, menentukan tempoh proses.

Ketebalan terkecil filem epitaxial ditentukan oleh kehadiran pusat penghabluran. Had atas ketebalan filem yang bebas daripada kecacatan ialah 250 µm. Selalunya, ketebalan filem epitaxial adalah dari 1 hingga 25 µm.

Kualiti lapisan epitaxial sangat dipengaruhi oleh ketulenan permukaan substrat dan gas yang digunakan. Wafer silikon setebal 150...200 µm, bebas daripada kecacatan struktur, digunakan sebagai substrat. Kandungan kekotoran yang dibenarkan dalam gas adalah sama dengan beberapa bahagian kekotoran per juta bahagian gas.

Kawalan wafer semikonduktor dijalankan selepas selesai menggilap, epitaksi, pengoksidaan dan resapan. Ia berdasarkan pemerhatian visual dan analisis imej plat yang terbentuk pada skrin oleh pancaran homosentrik cahaya boleh dilihat yang dipantulkan dari permukaan plat.

Bahagian wafer dengan struktur yang rosak memperkenalkan gangguan ke dalam pancaran cahaya, yang disebabkan oleh kecacatan wafer kelihatan pada skrin sebagai perubahan dalam keamatan cahaya dalam imej wafer, yang memungkinkan untuk menilai kualitinya.

Sputtering filem nipis. Kaedah utama untuk mendapatkan filem nipis adalah penyemburan haba (penyejatan) dalam vakum dan percikan ion.

Penyemburan haba dalam vakum. Pemendapan sedemikian adalah berdasarkan sifat atom (molekul) logam dan beberapa bahan lain semasa penyejatan dalam keadaan vakum tinggi untuk bergerak dalam garis lurus (seperti rasuk) dan mendapan pada permukaan yang diletakkan di laluan pergerakannya.

Pemasangan sputtering vakum (Rajah 1.13) terdiri daripada plat rata 6, di mana penutup kaca atau logam dipasang 9. Dalam kes kedua, ia dibekalkan dengan kaca tontonan. Plat mempunyai dua alur keluar kedap vakum terpencil. 4 untuk kuasa penyejat 3. Substrat diletakkan pada jarak yang agak jauh dari penyejat 10, di mana filem nipis digunakan. Substrat menjadi panas dan ditutup dengan peredam sehingga mod yang ditetapkan dicapai. 1.

Selaras dengan proses fizikal yang berlaku semasa penyejatan dalam vakum, peringkat pembentukan filem berikut boleh dibezakan: 1) pemindahan bahan termendap ke dalam keadaan wap; 2) pemindahan wap dari sumber penyejatan ke substrat; 3) pemeluwapan wap pada substrat dan pembentukan filem.

Pindahkan bahan yang disembur ke dalam keadaan wap. Di kawasan pembentukan wap, bahan menyejat dan memanas sehingga tekanan wapnya melebihi tekanan gas sisa. Dalam kes ini, molekul yang paling dipanaskan dengan tenaga kinetik tinggi mengatasi daya tarikan molekul dan melepaskan diri dari permukaan cair. Disebabkan oleh pemindahan haba yang berkurangan secara mendadak di bawah keadaan vakum yang tinggi, kepanasan melampau substrat tidak berlaku.

Bagi sesetengah bahan, suhu penyejatan nominal adalah lebih rendah daripada takat lebur. Sebagai contoh, kromium mempunyai takat lebur 1800°C, dan tersejat apabila dipanaskan dalam vakum pada suhu 1205°C. Peralihan bahan daripada keadaan pepejal kepada keadaan wap tanpa melalui keadaan cecair dipanggil pemejalwapan.

Pemindahan wap dari sumber penyejatan ke substrat. Luas pemindahan wap ialah 10...20 cm. Agar trajektori molekul bahan tersejat menjadi rectilinear, laluan bebas min bagi molekul gas sisa mestilah 5...10 kali lebih besar daripada dimensi linear kawasan pemindahan wap.

Laluan bebas l- jarak yang dilalui oleh molekul wap bahan tanpa berlanggar dengan molekul gas sisa. Dalam vakum tinggi, apabila l ³ d(d- jarak dari sumber penyejatan ke substrat), molekul bahan tersejat terbang jarak secara praktikal tanpa perlanggaran. Aliran bahan terwap ini dipanggil molekul dan untuk menciptanya, vakum tertib 10-5 ... 10-6Pa diperlukan.

Pemeluwapan wap pada substrat dan pembentukan filem. Pemeluwapan wap bergantung pada suhu substrat dan ketumpatan fluks atom. Atom bahan tersejat diserap pada substrat selepas penghijrahan rawak ke atas permukaannya.

Dari segi sifat mekanikal dan fizikal, filem nipis berbeza dengan ketara daripada bahan pukal. Sebagai contoh, kekuatan khusus sesetengah filem adalah kira-kira 200 kali lebih tinggi daripada kekuatan sampel pukal yang disepuh dengan baik dan beberapa kali lebih tinggi daripada kekuatan bahan yang tertakluk kepada kerja sejuk. Ini disebabkan oleh struktur kristal yang halus dan keplastikan yang rendah. Suhu penyejatan logam berjulat dari beberapa ratus darjah (contohnya, 430 ° C untuk cesium) hingga beberapa ribu (contohnya, 3500 ° C untuk tungsten). Dalam hal ini, penyejat pelbagai reka bentuk digunakan dalam penyejatan vakum. Mengikut kaedah pemanasan bahan, penyejat dibahagikan kepada rintangan, elektronik dan aruhan.

Dalam penyejat rintangan, tenaga haba diperolehi kerana pembebasan haba apabila arus melalui pemanas atau terus melalui bahan yang akan disejat. Penyejat yang paling biasa digunakan dengan pemanasan tidak langsung. Dalam kes ini, pemanas khas disediakan, dengan bantuan bahan sejat dipanaskan pada suhu yang diperlukan. Bahan penyejat biasanya tungsten, tantalum, molibdenum, dll.

Pilihan bahan pemanas ditentukan oleh keperluan berikut: bahan sejat dalam keadaan cair mesti membasahi pemanas dengan baik, membentuk sentuhan haba yang baik, dan tidak boleh memasuki tindak balas kimia dengan bahan pemanas. Pada asasnya, pemanas yang diperbuat daripada tungsten, molibdenum, tantalum digunakan.

Penyejat rintangan tidak menyediakan komposisi filem yang diperlukan semasa penyejatan aloi. Disebabkan oleh perbezaan tekanan wap pelbagai komponen, komposisi filem berbeza dengan ketara daripada bahan permulaan. Sebagai contoh, aloi nichrome terpercik (80% Ni dan 20% Cr) membentuk filem pada substrat dengan komposisi 60% Ni dan 40% Cr. Untuk mendapatkan filem komposisi yang diperlukan daripada aloi berbilang komponen (contohnya, MLT, dsb.), kaedah microdosing atau penyejatan letupan digunakan. Dengan kaedah ini, penyejat pita yang dipanaskan ke suhu melebihi suhu penyejatan komponen paling refraktori sebanyak 200 ... 300 ° C diberi makan dengan mikrodos serbuk aloi sejat dengan saiz zarah 100 ... 200 mikron. Penyejatan mikrodos berlaku hampir serta-merta.

Dalam penyejat elektronik, tenaga kinetik elektron ditukar kepada tenaga haba. Bahan sejat digunakan dalam bentuk dawai pepejal, hujung bebasnya terdedah kepada pancaran elektron. Oleh kerana tempoh pemanasan yang singkat (10 -8 ... 10 -9 s), pelbagai komponen kompaun kompleks menguap dan memendap pada substrat hampir serentak. Pemanasan rasuk elektron memungkinkan untuk menguap logam refraktori dan aloinya.

Untuk meningkatkan kestabilan parameter, filem logam nipis tertakluk kepada rawatan haba dengan memanaskan t=300 ... 400 ° C. Dalam kes ini, kristal menjadi lebih kasar, ikatan antara mereka meningkat, filem menjadi lebih padat dan lebih padat, dan rintangan elektrik berkurangan.

Pemendapan vakum digunakan secara meluas untuk mendapatkan filem rintangan, konduktor yang diperbuat daripada kuprum, aluminium dan beberapa aloi lain, salutan dielektrik silikon oksida, dan lain-lain. Kelebihan utama proses adalah ketulenan tinggi filem yang terhasil, kemudahan mengawal ketebalannya semasa proses pemendapan, dan kemudahan pelaksanaan. Kelemahan proses yang paling ketara ialah perubahan dalam nisbah peratusan komponen semasa penyejatan bahan komposisi kompleks; keseragaman ketebalan filem rendah semasa pemendapan di atas kawasan yang besar dari sumber titik; kesukaran dalam penyejatan bahan refraktori; inersia tinggi proses apabila menggunakan penyejat rintangan; kekuatan pelekat yang agak rendah bagi filem dengan substrat.

Percikan ionik. Ia adalah berdasarkan fenomena pemusnahan bahan pepejal apabila permukaannya dihujani oleh molekul terion gas jarang. Proses ini tidak dikaitkan dengan suhu tinggi dan memungkinkan untuk mendapatkan filem logam refraktori dan aloi. Terdapat jenis sputtering ion berikut: katod, ion-plasma dan magnetron.

Sputtering katod (“sistem diod”) (Rajah 1.14) dijalankan dalam ruang vakum, di mana dua elektrod selari satah terletak. Satu elektrod (katod) diperbuat daripada bahan semburan dan menjadi sasaran pengeboman. Elektrod lain (anod) berfungsi sebagai substrat di mana filem itu dimendapkan. Tekanan rendah dicipta dalam ruang vakum (10 -3 ... 10 -4 Pa), selepas itu ia diisi dengan gas lengai (biasanya argon) pada tekanan 1 ... 10 Pa. Apabila voltan tinggi (1...3 kV) digunakan di antara elektrod, nyahcas gas bercahaya bebas berlaku, teruja oleh pelepasan elektron. Katod adalah sumber elektron yang diperlukan untuk mengekalkan nyahcas cahaya. Elektron bergerak ke arah anod dan, apabila berlanggar dengan molekul gas neutral, mengetuk elektron baru, yang membawa kepada peningkatan mendadak dalam aliran elektron. Dalam kes ini, molekul gas lengai bertukar daripada neutral kepada ion positif, yang mempunyai jisim yang lebih besar berbanding dengan elektron. Ini adalah bagaimana pengionan gas berlaku, yang, dengan bilangan elektron dan ion yang lebih besar atau sama, dipanggil plasma. Elektron bergerak ke anod dan dinetralkan. Ion positif bergerak ke sempadan plasma yang lain dan dipercepatkan dalam ruang katod gelap, memperoleh tenaga tinggi untuk memercikkan sasaran (katod). Atom bahan sasaran dengan tenaga tinggi didepositkan pada permukaan substrat, yang terletak cukup dekat dengan katod. Biasanya jarak ini adalah satu setengah hingga dua panjang ruang katod gelap.

Sputtering reaktif katodik dilakukan dalam campuran gas lengai dan aktif. Ia membolehkan anda mendapatkan komposisi filem yang berbeza. Pelepasan dalam campuran gas "argon - oksigen" digunakan untuk mendapatkan oksida. Percikan reaktif tantalum dalam suasana argon dengan penambahan oksigen, nitrogen, dan karbon memungkinkan untuk memperoleh sejumlah sebatian dengan sifat yang sangat berbeza.

Ion-plasma sputtering (sistem tiga elektrod) dijalankan pada tekanan yang lebih rendah (Rajah 1.15).

Tekanan 10 - 3 Pa dicipta di dalam ruang dan cahaya katod dihidupkan. Kemudian ia diisi dengan gas lengai pada tekanan 10-1 Pa. Penciptaan plasma nyahcas gas disediakan oleh nyahcas arka yang berlaku di antara anod dan katod pada voltan 150 ... 250 V. Katod panas berfungsi sebagai sumber elektron. Bahan terpercik (sasaran) dimasukkan ke dalam nyahcas gas sebagai elektrod bebas yang tidak dikaitkan dengan mengekalkan nyahcas. Elektron yang disimulasikan oleh katod termionik dipercepatkan ke arah anod dan mengionkan molekul gas sisa di sepanjang jalan. Ketumpatan plasma yang terhasil adalah lebih daripada susunan magnitud yang lebih tinggi daripada plasma nyahcas cahaya. Katod sasaran dan substrat diletakkan pada sempadan bertentangan ruang plasma aktif. Sputtering bermula dari saat apabila potensi negatif 200 ... 1000 V digunakan pada sasaran berkenaan dengan anod. Potensi ini menolak elektron dan menarik ion dari ruang plasma. Ion mengebom sasaran dengan cara yang sama seperti dalam versi "diod" yang dianggap. Atom-atom yang terpercik, bergerak terutamanya dalam arah yang berserenjang dengan permukaan, dimendapkan pada substrat. Sputtering pada tekanan rendah memungkinkan untuk mendapatkan lekatan tinggi filem pada substrat kerana tenaga yang lebih besar daripada zarah yang disembur. Oleh kerana pada tekanan ini purata laluan bebas molekul adalah beberapa sentimeter, atom-atom yang terpercik dalam perjalanan dari sasaran ke substrat hampir tidak berlanggar dengan molekul dan ion gas lengai dan kekotoran gas, yang mengurangkan tahap pencemaran dengan ketara. filem dengan kemasukan gas asing. Kemungkinan untuk mengurangkan jarak antara sasaran dan substrat adalah disebabkan oleh fakta bahawa dalam sistem sputtering triod, pembentukan elektron dan ion berlaku secara autonomi daripada sasaran.

Kelemahan sistem triod adalah hayat perkhidmatan pendek katod wayar dan kadar sputtering yang berbeza di kawasan tertentu sasaran rata.

Sputtering ion frekuensi tinggi digunakan untuk sputtering bahan dielektrik dan semikonduktor. Semasa percikan biasa bahan konduktif yang mengenai katod sasaran, ion gas kerja neutral menerima elektron daripada sasaran dan nyahcas, bertukar menjadi molekul neutral untuk beberapa lama. Jika bahan sasaran yang terpercik adalah dielektrik, maka tidak akan ada peneutralan ion pada sasaran dan ia cepat ditutup dengan lapisan caj positif yang menghalang percikan sasaran selanjutnya.

Pengaruh cas positif boleh dihapuskan dengan menggunakan voltan berselang-seli pada elektrod logam di mana dielektrik yang disembur dipasang. Semasa tempoh apabila voltan pada sasaran adalah negatif, ia terbantut, disertai dengan pengumpulan cas positif. Apabila kekutuban diterbalikkan, cas positif dikompensasikan oleh elektron yang diambil dari plasma. Bahan dielektrik boleh terpercik pada hampir semua frekuensi.

Tanpa apa yang sukar untuk membayangkan kewujudan manusia moden? Sudah tentu, tanpa teknologi moden. Beberapa perkara telah memasuki hidup kita begitu banyak, ia menjadi sangat membosankan. Internet, TV, ketuhar gelombang mikro, peti sejuk, mesin basuh - tanpa ini sukar untuk membayangkan dunia moden dan, tentu saja, diri sendiri di dalamnya.

Apakah yang menjadikan hampir semua teknologi hari ini benar-benar berguna dan perlu?

Ciptaan apakah yang memberikan peluang terbesar untuk kemajuan?

Salah satu penemuan manusia yang paling penting ialah teknologi pembuatan litar mikro.

Terima kasih kepadanya, teknologi moden sangat kecil. Ia padat dan selesa.

Kita semua tahu bahawa sebilangan besar perkara yang terdiri daripada litar mikro boleh dimuatkan di dalam rumah. Kebanyakannya muat di dalam poket seluar dan ringan.

jalan berduri

Untuk mencapai hasil dan mendapatkan litar mikro, saintis telah bekerja selama bertahun-tahun. Litar awal adalah besar mengikut piawaian hari ini, ia lebih besar dan lebih berat daripada peti sejuk, walaupun pada hakikatnya peti sejuk moden tidak sepenuhnya terdiri daripada litar yang kompleks dan rumit. Tiada yang seperti ini! Ia mempunyai satu yang kecil, tetapi lebih baik dalam utiliti daripada yang lama dan besar. Penemuan itu membuat percikan, memberi dorongan kepada perkembangan sains dan teknologi selanjutnya, satu kejayaan telah dibuat. Peralatan pengeluaran cip dikeluarkan.

peralatan

Pengeluaran litar mikro bukanlah tugas yang mudah, tetapi mujurlah seseorang mempunyai teknologi yang memudahkan tugas pengeluaran sebanyak mungkin. Walaupun kerumitan, sejumlah besar litar mikro dihasilkan setiap hari di seluruh dunia. Mereka sentiasa ditambah baik, memperoleh ciri baharu dan prestasi yang dipertingkatkan. Bagaimanakah sistem kecil tetapi pintar ini muncul? Ini membantu peralatan untuk pengeluaran litar mikro, yang, sebenarnya, dibincangkan di bawah.

Apabila mencipta litar mikro, sistem pemendapan elektrokimia, kebuk pembersihan, kebuk pengoksidaan makmal, sistem elektrodeposisi kuprum, fotolitografi dan peralatan teknologi lain digunakan.

Peralatan fotolitografi adalah yang paling mahal dan tepat dalam kejuruteraan mekanikal. Ia bertanggungjawab untuk mencipta imej pada substrat silikon untuk menjana topologi cip yang dimaksudkan. Photoresist digunakan pada lapisan nipis bahan, yang kemudiannya disinari dengan photomask dan sistem optik. Semasa pengendalian peralatan, saiz elemen corak berkurangan.

Dalam sistem penentududukan, peranan utama dimainkan oleh motor elektrik linear dan interferometer laser, yang selalunya mempunyai maklum balas. Tetapi, sebagai contoh, dalam teknologi yang dibangunkan oleh makmal Moscow "Amphora", tidak ada sambungan sedemikian. Peralatan domestik ini mempunyai pergerakan yang lebih tepat dan pengulangan yang lancar pada kedua-dua belah pihak, yang menghapuskan kemungkinan tindak balas.

Penapis khas melindungi topeng daripada haba yang dijana oleh kawasan ultraungu dalam, mengekalkan suhu melebihi 1000 darjah untuk operasi berbulan-bulan lamanya.

Ion tenaga rendah dikuasai dalam pemendapan pada salutan berbilang lapisan. Sebelum ini, kerja ini dijalankan secara eksklusif dengan kaedah sputtering magnetron.

Teknologi pengeluaran cip

Seluruh proses penciptaan bermula dengan pemilihan kristal semikonduktor. Yang paling relevan ialah silikon. Wafer semikonduktor nipis digilap sehingga imej cermin muncul di dalamnya. Pada masa hadapan, langkah wajib dalam penciptaan adalah fotolitografi menggunakan cahaya ultraviolet semasa melukis gambar. Ini membantu mesin untuk penghasilan litar mikro.

Apakah mikrocip? Ini adalah pai berbilang lapisan yang diperbuat daripada wafer silikon nipis. Setiap daripada mereka mempunyai reka bentuk tertentu. Corak yang sama ini dicipta pada peringkat fotolitografi. Plat diletakkan dengan teliti dalam peralatan khas dengan suhu melebihi 700 darjah. Selepas dibakar, mereka dibasuh dengan air.

Proses mencipta plat berbilang lapisan mengambil masa sehingga dua minggu. Fotolitografi dijalankan berkali-kali sehingga hasil yang diinginkan dicapai.

Penciptaan litar mikro di Rusia

Para saintis domestik dalam industri ini juga mempunyai teknologi mereka sendiri untuk penghasilan litar mikro digital. Tumbuhan dengan profil yang sepadan beroperasi di seluruh negara. Pada output, ciri teknikal tidak jauh lebih rendah daripada pesaing dari negara lain. Litar mikro Rusia lebih disukai di beberapa negeri. Semuanya terima kasih kepada harga tetap, yang kurang daripada pengeluar Barat.

Komponen yang diperlukan untuk pengeluaran litar mikro berkualiti tinggi

Litar mikro dicipta di dalam bilik yang dilengkapi dengan sistem yang mengawal kesucian udara. Pada keseluruhan peringkat penciptaan, penapis khas mengumpul maklumat dan memproses udara, dengan itu menjadikannya lebih bersih daripada di bilik bedah. Pekerja dalam pengeluaran memakai pakaian pelindung khas, yang selalunya dilengkapi dengan sistem bekalan oksigen dalaman.

Pembuatan kerepek adalah perniagaan yang menguntungkan. Pakar yang baik dalam bidang ini sentiasa dalam permintaan. Hampir semua elektronik dikuasakan oleh litar mikro. Mereka dilengkapi dengan kereta moden. Kapal angkasa tidak akan dapat berfungsi tanpa kehadiran litar mikro di dalamnya. Proses pengeluaran sentiasa diperbaiki, kualiti bertambah baik, kemungkinan berkembang, jangka hayat semakin meningkat. Litar mikro akan relevan untuk puluhan lama atau bahkan ratusan tahun. Tugas utama mereka adalah untuk mendapat manfaat di Bumi dan seterusnya.