25Вопрос(этапы развития пп)
Краткая историческая справка полупроводниковой электроники. Основные вехи развития П. э. — открытие Фотоэффекта в селене (У. Смит, США, 1873), открытие односторонней проводимости контакта металла с полупроводником (К. Ф. Браун, 1874), использование кристаллических полупроводников, например галенита (PbS), в качестве Детекторов для демодуляции радиотелеграфных и радиотелефонных сигналов (1900—05), создание меднозакисных (купроксных) и селеновых выпрямителей тока (См. Выпрямитель тока) и Фотоэлементов (1920—26), использование кристаллических детекторов для усиления и генерирования колебаний (О. В. Лосев, 1922), изобретение транзистора (У. Шокли, У. Браттейн,Дж. Бардин, 1948), создание планарной технологии (См. Планарная технология) (1959), появление интегральной электроники (См.Интегральная электроника) и переход к микроминиатюризации электронного оборудования (1959—61
групповой метод и планарная технология – были освоены при изготовлении транзисторов в конце 50 годов.
Первые разработки интегральных схем (ИС) относятся к 1958 – 1960г.г. В 1961 – 1963г.г. ряд американских фирм начали выпускать простейшие ИС. В то же время были разработаны пленочные ИС. Однако некоторые неудачи с разработками стабильных по электрическим характеристикам пленочных активных элементов привели к преимущественной разработке гибридных ИС. Отечественные ИС появились в 1962 – 1963г.г. Первые отечественные ИС были разработаны в ЦКБ Воронежского завода полупроводниковых приборов (схемы диодно-транзисторной логики по технологии с окисной изоляцией карманов). По технологии изготовления эти схемы уступали 2 года западным разработкам.
В историческом плане можно отметить 5 этапов развития микроэлектроники.
Первый этап, относящийся к первой половине 60-х годов, характеризуется степенью интеграции ИС до 100 элементов / кристалл и минимальным размером элементов порядка 10 мкм.
Второй этап, относящийся ко второй половине 60-х годов и первой половине 70-х годов, характеризуется степенью интеграции ИС от 100 до 1000 элементов/кристалл и минимальным размером элементов до 2 мкм.
Третий этап, начавшийся во второй половине 70-х годов, характеризуется степенью интеграции более 1000 элементов/кристалл и минимальным размером элементов до 1 мкм.
Четвертый этап, характеризуется разработкой сверхбольших ИС со степенью интеграции более 10000 элементов/кристалл и размерами элементов 0,1 – 0,2 мкм.
Пятый, современный, этап характеризуется широким использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ, разработанных на базе больших и сверхбольших ИС.
Вопрос24(резка пластин на кристы)
Технологический процесс резки полупроводниковых пластин на кристаллы
Способов резки слитка на кристаллы достаточно много (резка алмазным диском с внешней режущей кромкой, резка проволокой с применением абразива, резка с использованием ультразвуковых установок, алмазное скрайбирование с последующим разламыванием, лазерное скрайбирование с последующим разламыванием, электронно-лучевое с последующим разламыванием). Использование каждого из способов резки пластин на кристаллы диктуется требованиями к конкретному типу микросхем и технологии его изготовления. Резка алмазным диском с внешней режущей кромкой несколько отличается от рассмотренной резки слитка на пластины. Отличие состоит в конструкции алмазного диска (для резки кремниевых пластин обычно применяют резцы с алмазным наконечником, имеющим форму четырехгранной пирамиды с острой вершиной), у которого режущая алмазная кромка нанесена на его периферийную часть. Конструкция такого диска не может быть использована для резки слитка на пластины из-за малой жесткости конструкции, не позволяющей получать глубокие резы без нарушения качества обработки. Однако для разрезания пластин на кристаллы, когда глубина реза не превышает 1 мм, успешно используют алмазные диски с внешней режущей кромкой. Иногда используют не единичные диски, а наборы дисков с расстоянием между ними, равным размеру отрезаемого кристалла. Толщину диска выбирают равной 0.1 мм (100 мкм) и, соответственно, итоговая ширина реза равна 0.2 мм. Разброс кристаллов по геометрическим размерам не превышает +/- 0.03 мм (30 мкм). При резке слитка на кристаллы при помощи проволоки ширина реза меньше 0.1 мм.
Алмазное скрайбирование заключается в том, что на поверхности полупроводниковой пластины алмазным резцом наносят риски (шириной 10 – 20 мкм, глубиной 5 – 10 мкм, нагрузка на резце 1.2 – 1.4 Н) в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вокруг нанесенной риски на поверхности пластины возникают механически напряжения, ослабляющие материал в локальных областях. При приложении к пластине изгибающего усилия она разламывается вдоль нанесенных рисок. Устройство для разламывания состоит из линзы со сферической поверхностью и резиновой мембраны. Пластину располагают на резиновой мембране рисками вниз, а сверху к пластине подводят сферическую поверхность линзы. При определенном давлении воздуха на резиновую мембрану происходит прижатие пластины к сферической поверхности линзы и разламывание пластины на кристаллы квадратной формы (для различных размеров кристаллов требуется определенной кривизны линзы).
Электронно-лучевое скрайбирование проводят остросфокусированным электронным лучом. Электронный луч, обладая достаточной энергией, производит микрорасплавление локального участка поверхности пластины. Процесс нагрева и охлаждения локальных областей (бороздок) пластины происходит в течение короткого промежутка времени, что вызывает возникновение термомеханических напряжений в области созданных электронным лучом бороздок. При последующем приложении к пластине изгибающего усилия пластина раскалывается на кристаллы. Либо при достаточной мощности луча проводят сквозную резку пластины за счет расплавления и последующего испарения локальной области пластины.
При лазерном скрайбировании резка на поверхности пластины образуется не механическим, а электрофизическим способом путем нагрева и испарения узкой полосы пластины (25 – 40 мкм). Данный метод позволяет проводить резку и скрайбирование пластин с любым покрытием и на любую глубину.
Резка пластины на кристаллы осуществляется по специальным разделительным дорожкам между топологией каждого кристалла (полосы яркого свечения). Износ резца диска возрастает при резке диоксида кремния и других защитных слоев, поэтому предусматривают эту дорожку, максимально свободную от таких пленок.
23 вопрос В соответствии с применяемыми средствами очистку делят на жидкостную и сухую.
Подобрать жидкое средство, одновременно удаляющее все возможные поверхностные загрязнения, весьма сложно, поэтому жидкостная очистка включает ряд последовательных операций.
Рисунок 1 Классификация методов очистки и травления пластин и подложек
Обезжиривание подложек проводят для удаления органических физических загрязнений. Для отмывки подложек часто используют различные смеси растворителей, которые позволяют проводить отмывку полярных и неполярных органических загрязнений. Например, фреон-хлористый метилен, фреон-изопропиловый спирт, фреон-ацетон и др. Процесс обезжиривания в органических растворителях в сильной степени зависит от режима его проведения (температуры, длительности и скорости смены отработанного растворителя). Часто для интенсификации процесса и улучшения качества применяют ультразвуковые ванны. Полупроводниковые пластины загружают в кассеты, которые последовательно опускают в несколько ванн с растворителем или смесью растворителей. Происходит удаление наиболее грубых жировых загрязнений, снимаются оставшиеся при первой обработке участки жировых покрытий и окончательная отмывка подложек. Весьма эффективным методом является обработка пластин в парах кипящих расворителей – пары растворителя более эффективно взаимодействуют с загрязнениями и растворяют их. В процессе обезжиривания происходит взаимодействие расворителя с различными видами загрязнений и в результате десорбции молекулы этих загрязнений переходят с поверхности полупроводниковой подложки в приповерхностный слой растворителя, а молекулы растворителя оседают на поверхности подложки. Происходит замещение адсорбированных молекул загрязнений молекулами растворителя. Таким образом, в процессе обезжиривания на поверхности подложки создаются слои растворителя, которые необходимо удалить. Остатки расворителя и частиц продуктов удаляют промывкой в особо чистой (деионизованной, удельное сопротивление которой 1-20 МОм*см (идеально чистой воды равно 25 МОм)) воде.
Сухая очистка применяется на этапе формирования элементов и межэлементных соединений микросхем и, как правило, выполняется непосредственно перед проведением ответственных технологических процессов (напыление пленок, литография) или совмещена, т. е. проводится в одном оборудовании, с последующей обработкой (например, с получением термического оксида, с эпитаксиальным наращиванием полупроводниковых слоев).
Методы сухой очистки исключают необходимость применения дорогостоящих и опасных в работе жидких реактивов, а также проблемы межоперационного хранения пластин и подложек и очистки сточных вод, которые являются немаловажными при использовании жидких средств очистки.
Кроме того, процессы сухой очистки более управляемы и легче поддаются автоматизации.
С точки зрения механизма процессов все методы очистки можно условно разделить на физические и химические (см. рисунок 1). При физических методах загрязнения удаляются простым растворением, отжигом, обработкой поверхности ускоренными до больших энергий ионами инертных газов.
В тех случаях, когда загрязнения нельзя удалить физическими методами, применяют химические методы, при которых загрязнения удаляют: их замещением легко удаляемыми веществами, переводом в легко растворимые комплексные соединения или травлением пластин (подложек).
Травление сопровождается удалением поверхностного слоя вместе с имеющимися на поверхности загрязнениями.
На рисунке 1 мы выделили травление, чтобы подчеркнуть, что в технологии микросхем (как будет ясно далее) травление не всегда имеет целью очистку.
Оно применяется для размерной обработки, удаления слоя с нарушенной механическими обработками • структурой, локального удаления слоев различных материалов при формировании топологии микросхем, выявления поверхностных дефектов полупроводников и др.