Otvety_na_ekzamenatsionnye_voprosy_OPT_2022 (1)

5. Базовые операции планарной технологии.

Планарная технология - совокупность технологических операций,

используемая при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Она основана на создании в приповерхностном слое подложки областей с различным типом или величиной проводимости,

определяемых в конечном счёте различной концентрацией донорных и акцепторных примесей. Эти области в совокупности образуют структуру полупроводникового прибора или интегральной микросхемы.

Особенность планарной технологии состоит в том, что после завершения каждой технологической операции восстанавливается плоская

(планарная) форма поверхности пластины, что позволяет создавать сколь угодно сложную структуру, используя конечный набор технологических операций.

Основные технологические операции, используемые в планарной технологии, основаны на процессе фотолитографии (оптической литографии);

как варианты также используются электронно-лучевая литография,

рентгеновская литография, проекционная ионная литография.

Технологическая цепочка состоит из серии циклов (до нескольких десятков) включающих в себя следующие основные операции (в порядке следования):

- Подготовка подложки: применяется механическая и химическая полировка для получения плоской поверхности без механических дефектов

(выполняется 1 раз, при поступлении подложки в техпроцесс).

-Формирование на поверхности подложки слоя необходимого материала с заданной структурой: эпитаксиальное наращивание, осаждение диэлектрических или металлических плёнок (операция выполняется не в каждом цикле).

-Создание на поверхности подложки защитного слоя: в случае кремниевых подложек для этого используется окисление поверхности, в

случае других подложек может использоваться эпитаксиальное наращивание

11

слоя диоксида или нитрида кремния либо другого материала с низким

коэффициентом диффузии легирующих примесей.

-Нанесение слоя фоторезистивного материала, обладающего устойчивостью к применяемым травителям.

-Экспонирование рисунка окон на слой фоторезиста.

-Стравливание исключительно засвеченных (либо незасвеченных -

зависит от фоторезиста) участков слоя фоторезиста.

-Стравливание защитного слоя с подложки на участках, не закрытых фоторезистом.

-Удаление остатков слоя фоторезиста.

-Возможная операция: локальная диффузия или ионная имплантация легирующих примесей через окна в защитном слое в поверхность подложки;

режимы диффузии подбираются так, чтобы за время необходимое для создания залегированной области необходимой конфигурации в подложке легирующий элемент не достиг подложки сквозь защитный слой.

-Возможная операция: плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления излишков слоя ранее осажденного материала

-Плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления защитного слоя (выполняется не в каждом цикле)

Основные циклы, выполняемые при создании полупроводниковых

приборов:

-Формирование областей р-типа (локальное внедрение примесей)

-Формирование областей n-типа (локальное внедрение примесей)

-Формирование проводящих дорожек и контактных площадок

(удаление излишков слоя металла)

Планарная технология обеспечивает возможность одновременного изготовления в едином технологическом процессе огромного числа идентичных дискретных полупроводниковых приборов или интегральных микросхем, что позволяет существенно снизить их стоимость.

12

6. Базовые операции изопланарной технологии.

Процессы изопланарной технологии основаны на использовании кремниевых пластин с тонким (2 - 3 мкм) эпитаксиальным слоем, селективного термического окисления кремния на всю глубину эпитаксиального слоя вместо разделительной диффузии, проводимой в обычном планарно-

эпитаксиальном процессе. Реализация такого процесса достигается использованием при маскировании на первых стадиях формирования структуры ИМС специфических свойств нитрида кремния Si3N4. Нитрид кремния препятствует превращению кремния в SiО2 в местах, где Si3N2 служит в качестве защитного слоя.

Кроме того, нитрид кремния легко удаляется травителем на основе фосфорной кислоты, который не воздействует на оксид. Изопланарная технология позволяет создавать тонкие базовые области и небольшие коллекторные области с оксидными боковыми стенками и тем самым обеспечивает получение транзисторных структур малых размеров и высокого быстродействия.

Есть две разновидности изопланарной технологии: «Изопланар-I» и «Изопланар-II»

Подробнее: https://studbooks.net/1268182/tehnika/kombinirovannaya_izolyatsiya

Основные операции такие же как и в планарной технологии

14

7. Технология «кремний на изоляторе».

При уменьшении линейных размеров элементов СБИС, возрастают паразитные ёмкости между изолирующими p–n–переходами истока и стока и подложкой, а также сопротивление этих электродов и подводящих проводников.

При этом все большая часть потребляемой КМОП–структурами мощности затрачивается на заряд указанных емкостей в момент переключения транзистора из одного состояния в другое, а время, за которое происходит этот заряд, определяет общее быстродействие схемы.

Для повышения этого быстродействия было предложено поместить между поверхностным приборным слоем кремния и монокристаллической кремниевой подложкой слой изолятора, который должен резко уменьшить паразитную емкость и повысить быстродействие ИС.

Преимущества:

- Изоляция элементов ИС от подложки диэлектриком, а не p–n–

переходом, значительно более надежна и позволяет поднять предел рабочих температур со 120–150 C для обычной технологии до 300–400 C.

- При такой изоляции не возникает необходимости в создании изолирующих канавок между соседними элементами, что позволяет повысить плотность упаковки элементов в 1,5–3 раза и исключить из процесса несколько литографических этапов.

15

-Упрощение технологического процесса и увеличение плотности упаковки, в свою очередь, повышает процент выхода годных изделий и снижает их стоимость.

-Сохраняются возможности адаптации всех существующих и проверенных на практике конструктивных и технологических решений стандартной КМОП–технологии к КНИ– подложкам

-Изготовленные по технологии КНИ устройства обладают значительно большей радиационной стойкостью, особенно важной для применения электроники в космической и атомной технике. Это связано с тем, что в таких ИС рабочий сбой, вызванный нештатным пробоем между истоком и стоком,

происходит только при попадании ионизирующей частицы непосредственно в область канала, а ионизация в остальной подложке никакой роли не играет.

Недостатки:

- деньги (высокая стоимость данной технологии).

Подробнее: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кремний_на_изоляторе

16

8. Уровни вакуума. Способы получения вакуума.

Вакуум — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, состоящую из газа при давлении значительно ниже атмосферного.

Уровни вакуума:

-средний вакуум: от 133,3 Па до 0,1333 Па;

-высокий вакуум: от 0,1 Па до 10-5 Па;

-сверхвысокий вакуум: от 10-5 Па.

1 торр = 1 мм.рт.ст. = 133,3 Па;

1 бар = 1 атм. = 101325 Па = 760 мм.рт.ст.

Принципы получения вакуума:

-удаление газа из откачиваемого объема за пределы вакуумной системы

-связывание газа в пределах вакуумной системы.

Создание высокого вакуума:

-откачка вакуумными насосами;

-адсорбция газов;

-вымораживание газов.

Cхема создания вакуума:

Простейшая схема вакуумной системы состоит из элементов:

-откачиваемого объекта;

-насоса;

-соединяющего трубопровода.

Типы насосов:

17

1) Объемные (низкий и средний вакуум):

-Винтовые

-Диафрагменные

-Поршневые;

-Пластинчато-роторные

-Насосы Рутса

-Спиральные.

2) Молекулярные (средний и высокий вакуум):

- Молекулярные турбонасосы.

3) Сорбционные:

-Пароструйные;

-Гетерно-ионные;

-Криогенные.

18

9. Приборы для измерения уровня вакуума.

Способы контроля вакуума

-Терморезисторные вакуумметры (манометр Пирани);

-Термопарные манометрические лампы – зависимость теплоотдачи от давления;

-Ионизационные лампы – зависимость ионизационного тока от уровня вакуума.

В качестве примера разберем принцип работы одного из приборов.

Принцип работы ионизационной лампы

Ионизационный вакуумметр - сложный прибор для контроля давления.

На рисунке изображена манометрическая лампа электронного ионизационного манометра, который в дальнейшем будем называть просто ионизационным. Она представляет собой стеклянную колбу 7 с трубкой 8 для присоединения к вакуумной системе и тремя впаянными в нее электродами:

катодом 1, анодом 2 и коллектором ионов 3 в виде охватывающего цилиндра,

имеющего по отношению к катоду отрицательный потенциал; 4, 5 и 6 - выводы соответственно катода, анода и коллектора.

19

Эмитируемые накаленным катодом электроны под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке,

создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки не все электроны сразу попадают на сетку, значительная их часть пролетает между ее витками в пространство между сеткой и коллектором ионов, и в основном здесь происходит ионизация газа электронами. Однако при своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле; не дойдя до коллектора ионов, они останавливаются и начинают движение обратно к сетке; снова значительная их часть проходит между витками сетки и под действием тормозящего поля катода, не долетев до него, поворачивает снова к сетке и т. д.

Каждый электрон может сделать несколько таких колебаний, прежде чем попасть на сетку. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря ним электроны пролетают больший путь и, следовательно,

повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних; а это ведет к увеличению ионного тока. С той же целью - увеличить путь электронов, пролетающих между витками сетки по направлению к коллектору ионов, - расстояние между сеткой и коллектором делается относительно большим.

Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток (отсюда и название коллектора ионов).

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную манометра. Отметим, что правильнее было бы говорить о пропорциональности отношения тока ионов к току электронов, не давлению газа, а его молекулярной концентрации, но для упрощения рассуждений это отношение обычно связывают с давлением.

20