Общая классификация микросхем. Общая схема технологии производства микросхем.
Микросхемой (МС) называется функционально законченный электронный узел, элементы и соединения в котором конструктивно не разделены.
По конструктивно-технологическому исполнению микросхемы делятся на полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС) и гибридные интегральные микросхемы (ГИМС).
Полупроводниковые микросхемы в своей основе имеют монокристалл полупроводника обычно кремния. В толще этого монокристалла методами литографии и избирательного легирования создаются транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Соединения между элементами формируются на поверхности кристалла методами тонкопленочной технологии и литографии.
Полупроводниковые микросхемы бывают однокристальные, когда имеют индивидуальный герметичный корпус с внешними выводами, бывают многокристальные, когда совокупность бескорпусных микросхем смонтированы на общей коммутационной плате, часто многоуровневой, в общем корпусе.
Гибридные микросхемы (ГИМС) состоят из пленочных пассивных элементов (сопротивлений, конденсаторов), которые сформированы непосредственно на подложке из диэлектрического материала, и из бескорпусных полупроводниковых кристаллов ( транзисторов, диодов, несложных ИМС), установленных и смонтированных на той же подложке.
Основной структурной единицей полупроводниковой микросхемы являются транзисторы. В ходе их изготовления получают все другие элементы.
Транзисторы бывают униполярные (полевые) со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП) или со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с индуцированным каналом проводимости n- или p - типа.
Бывают так же биполярные транзисторы, в которых функционируют носители заряда и донорной (n-типа) и акцепторной (p-типа) проводимости.
Число элементов в микросхеме характеризует ее степень интеграции. По этому параметру микросхемы условно делятся на микросхемы малой степени интеграции (100 элементов на 1 кристалле), средней степени интеграции (до 1000 элементов на 1 кристалле), большие микросхемы (104 элементов на 1 кристалле), сверхбольшие микросхемы (до 106 элементов на 1 кристалле). Наибольшей степенью интеграции обладают цифровые ИМС с регулярной структурой: схемы динамической и статической памяти, перепрограммируемые запоминающие устройства
Таким образом, структура микросхемы – это вид поперечного сечения микросхемы, а топология микросхемы – это вид сверху на подложку (пластину). Топология может быть и послойной, то есть вид сверху на один из слоев микросхемы.
Укрупненная схема изготовления имс
Укрупненная схема изготовления гимс
Error: Reference source not found
Error: Reference source not found
Подложки микросхем. Требования к подложкам. Применяемые материалы. Классификация способов очистки подложек и их характеристика. Методы контроля чистоты подложек.
В качестве основы ИМС используют полупроводниковые монокристаллические пластины. Монокристалл – это однородный кристалл, имеющий во всем объеме единую кристаллическую структуру и зависимость физических свойств от кристаллографического направления, т.е.анизотропию.
В полупроводниковой промышленности монокристаллы, как правило, получают методом Чохральского путем вытягивания из расплава кристаллической затравки. Расплав полупроводника смачивает затравку и удерживается на ней за счет сил поверхностного натяжения. Монокристалл растет при этом со скоростью до 80мм/час.
В микроэлектронике наиболее широко в настоящее время для изготовления ИМС применяется кремний. Используются также монокристаллы германия, арсенида галлия, сапфира, рубина и др. Кремний (Si) обладает алмазоподобной кубической кристаллической решеткой. Ее можно представить в виде двух взаимопроникающих гранецентрированных кубических решеток. Каждый атом кремния имеет 4 ближайших атома на расстоянии 0,23нм.
Резку монокристалла на пластины осуществляют абразивными дисками с режущей кромкой, покрытой алмазной крошкой. В результате получают пластины диаметром до120мм, в отдельных случаях до170мм с базовым срезом для ориентировки по кристаллографическому направлению. Толщиной 0,25 – 0.5мм. Затем пластины шлифуют, травят и полируют.
Подложки для гибридных микросхем это прямоугольные диэлектрические пластины из ситалла, керамики, стекла. Групповая подложка, как правило имеет размеры 60*48 мм и толщину 0,5-0,6 мм.
Подготовка подложек
Технологически чистой считается поверхность, которая имеет концентрацию загрязняющих примесей, не препятствующую получению заданных стабильных параметров микросхемы. Нежесткие требования к их содержанию –не более 10-8 – 10-7 г/см².
С точки зрения механизма все виды очистки можно разделить на физические и химические.
Физические – удаление загрязнений, растворением, отжигом ионной бомбордировкой.
Химические – загрязнение переводятся в новые химические соединения и удаляются.
Очистку подложек можно также разделить на жидкостную и сухую.
Сухие – финишная очистка, производится перед последующей операцией формирования структур М/С.
К физическим жидкостным относятся обезжиривание в органических растворителях и промывка в воде. К химическим жидкостным – обезжиривание в мыльных растворах и кислотное травление.
Сухие это финишные методы очистки. Их выполняют непосредственно перед напылением пленок в вакуумных установках. Физические – отжиг, ионное травление путем бомбардировки ионами инертных газов. Химические – газовое травление и плазмохимическое путем бомбардировки атомами или ионами активных газов.
Контролю подвергается только отдельные образцы, которые затем уже не идут в работу.
Общим для обоих видов подложек полупроводниковых и диэлектрических является очищение от загрязнений и обезжиривание. Особенностью подготовки полупроводниковых пластин кремния и других является кислотное травление поверхности на глубину от 5 до 30 мкм. Цель травления – удаление слоя с нарушенной при резке и шлифовании структурой. Поверхность пластин и подложек имеют шероховатость Rmax ≤ 40 мкм.
Окончательная очистка от адсорбированных газов – это сухая очистка путем ионного распыления материала пластины. Она осуществляется непосредственно в рабочих камерах перед формированием структуры элементов.