Основные технологические операции при изготовлении ИМС, формирующие интегральный элемент, касаются полупроводниковой структуры. Их можно свести к следующим: подготовка полупроводниковой подложки; окисление; фотолитография; диффузия; эпитаксия; ионное легирование; металлизация. Рассмотрим каждый в отдельности
Подготовка полупроводниковой подложки
Заключается в последовательной механической обработке ее. Подложки кремния шлифуют до заданной толщины, затем полируют, подвергают травлению и промывают. Эпитаксиальные структуры не требуют дополнительной механической обработки, а лишь подвергаются травлению и промывке перед процессами создания схем.
Окисление
На поверхности кремния выращивается плотная пленка двуокиси кремния, которая имеет близкий к кремнию коэффициент теплового расширения, что позволяет использовать ее как надежное защитное покрытие, а также как изолятор отдельных компонентов ИМС, маску при проведении локальной диффузии и как активную часть прибора в МДП структурах.
Наиболее технологичным методом получения пленок SiO2 является термическое окисление поверхностей кремния. В качестве окисляющей среды используются сухой или увлажненный кислород либо пары воды. Температура рабочей зоны при окислении 1100-1300ºС. Окисление проводится методом открытой трубы в потоке окислителя. В сухом кислороде выращивается наиболее совершенный по структуре окисный слой, но процесс окисления при этом проходит медленно (Т = 1200ºС), толщина d слоя SiO2 составляет 0,1 мкм). На практике целесообразно проводить окисление в три стадии: в сухом кислороде, влажном кислороде и снова в сухом. Для стабилизации свойств защитных окисных слоев в процессе окисления в среду влажного кислорода или паров воды добавляют борную кислоту, двуокись титана, пятиокись ванадия и др.
Кроме термического, используются химическое, анодное и плазменное окисления кремния. Широко применяется для получения двуокиси кремния пиролиз кремнийорганических соединений, хлоридов и силонов кремния.
Фотолитография
Это создание на поверхности подложки защитной маски малых размеров практически любой сложности, используемой в дальнейшем для проведения локальных процессов травления, диффузии, эпитаксии и др. Образуется она с помощью фоточувствительного слоя (фоторезиста), который под действием света изменяет свою структуру. По способности изменять свойства при облучении фоторезисты бывают негативные и позитивные.
Освещение негативного фоторезиста вызывает дополнительную полимеризацию его молекул, вследствие чего после проявления пластины полупроводника на ней остаются нерастворимые участки рисунка, которые представляют собой негативное изображение фотошаблона, а неосвещенные участки фоторезиста смываются в растворителе при проявлении.
В позитивном фоторезисте под действием света происходит разрушение молекул. При проявлении такой фоторезист удаляется с освещенных участков, а на поверхности пластины остается позитивное изображение фотошаблона.
Фоторезист должен быть чувствительным к облучению, иметь высокие разрешающую способность и кислотостойкость.
Для создания определенного рисунка с помощью фоторезиста используется фотошаблон, представляющий собой плоскопараллельную пластину из оптического стекла, на поверхности которой содержится рисунок, соответствующий по размерам будущей микросхеме. Фотошаблон содержит до 2000 изображений одной микросхемы.
Последовательность фотолитографического процесса состоит в следующем.
На окисленную поверхность кремния с толщиной окисла 3000 6000Å наносят слой фоторезиста с помощью центрифуги. Фоторезист сушат сначала при комнатной температуре, затем при температуре 100-150С.
Подложку совмещают с фотошаблоном и облучают ультрафиолетовым светом. Засвеченный фоторезист проявляют, а затем промывают в де ионизированной воде. Оставшийся фоторезист задубливают при комнатной температуре и температуре 200С в течение одного часа, после чего окисленная поверхность кремния открывается в местах, соответствующих рисунку фотошаблона. Открытые участки окисла травят в специальных буферных травителях.
Читайте также
Проектирование радиорелейной линии связи
Радиорелейная связь - один из видов радиосвязи, образованной
цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная
радиорелейная связь осуществляетс ...
Основы статистической теории радиолокации
Если
о сигнале все известно , то нет необходимости в его приеме, если о нем ничего
не известно, то его невозможно отличить от помех, и прием его невозможен.
Поэтому,
...
Проектирование РЭА
При конструкторском проектировании РЭА (радиоэлектронной
аппаратуры) решаются задачи, связанные с поиском наилучшего варианта
конструкции, удовлетворяющего требованиям технического задан ...