Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое и конструкционное материаловедение. Полупроводниковые материалы и их применение. Учебное пособие
.pdf
наносят слой диэлектрика (SiO2, Si3N4 или SiC) толщиной примерно 1 мкм
(рис. 49, в). Затем со стороны окисленных канавок выращивается опорный слой
подложки из поликристаллического кремния толщиной 100…175 мкм. Этот
слой получают разложением тетрахлорида кремния в водороде (реакция
приведена выше) – рис. 49, г. Следующим этапом осуществляется сошлифовка
или стравливание монокристаллического кремния до слоя оксида или до слоя
поликристаллического кремния (рис. 49, д). Таким образом получены
диэлектрические карманы с размещенными в них коллекторными областями
будущих транзисторов со скрытым слоем (рис. 49, е). В них посредством
рассмотренных ранее операций (окисление, фотолитография и диффузия)
изготавливаются базы и эмиттеры всех транзисторов.
Данный метод обеспечивает надежную изоляцию транзисторов друг от
друга, позволяет сократить расстояние между ними до 8…10 мкм и увеличить
степень интеграции.
Изготовление МОП-структуры
Исходная пластина n-типа высокоомна (2,5…10 Ом). Первым этапом её
окисляют, создавая слой SiO2 толщиной 0,6 мкм (рис. 50, а). После вскрытия
окон методом фотолитографии осуществляется диффузия акцепторной примеси
(бор) до глубины 2 мкм с целью создания карманов истока и стока p+-типа
(рис. 50, б). После чего поверхность пластины вновь закрывают слоем SiO2.
Следующим этапом протравливается окно (рис. 50, в) и в нем создается плотный подзатворный слой SiO2 толщиной 0,1…0,15 мкм (рис. 50, г). Далее по
этому слою осуществляется фотолитография и вскрытие окон под контактные
площадки стока и истока (на рис. 50 этот этап пропущен). Далее осуществляется напыление сплошного слоя алюминия (рис. 50, д), после чего методом фотолитографии наносится рисунок и вытравливаются промежутки между контактными площадками истока, затвора и стока (рис. 50, е). Изолировать транзисторы друг от друга можно посредством эпик-процесса.
71
а
Эпитаксия и
окисление пластины
Sin-коллектор
б
n+-эпи
Sin-коллектор
n+ n+
SiO2
SiO2
Травление канавок
Sin-коллектор
n+ n+
SiO2
Изоляция канавок
в
г
Sin-коллектор
n+ n+
Поли-Si
Наращивание
поликристаллического
кремния
д
SiO2
n
n+ n+
Поли-Si
е
SiO2
n
Стравливание
монокристаллического
кремния
n+ n+
n n
Поли-Si
n-коллекторы
Полученная заготовка
Рис. 49. Основные этапы эпик-процесса
72
а
Окисление пластины
Sin
SiO2
б
Окно под оксид
Sin
SiO2
p+
Диффузия бора B
p+
в
Sin
SiO2
p+
p+
г
Sin
SiO2
p+
p+
д
Sin
SiO2
p+
p+
Al
е
Sin
Затвор
p+
p+
Исток
Сток
Карманы истока и стока
Оксидный слой Напыление алюминия
Разделение площадок
Рис. 50. Основные этапы изготовления МОП-транзистора
73
Пленочные технологии производства ИС
Гибридно-пленочная технология позволяет изготовить функционально
сложные устройства высокой степени интеграции, но не на одной
полупроводниковой пластине, а на диэлектрической подложке в виде
нескольких кристаллов, помещенных в общий корпус (рис. 51).
Рис. 51. Гибридная ИС, извлеченная из корпуса
Тонкопленочная технология применяется для изготовления пассивной
части микросхем, состоящей из высокоточных резисторов, конденсаторов,
токоведущих дорожек и контактных площадок. Основа тонкопленочных
элементов – пленки толщиной 0,01…1 мкм. Для их формирования применяют
два класса технологических способов:
Физические
o термовакуумное осаждение;
o ионное распыление.
74
Химические
o химическое осаждение;
o электрохимическое осаждение;
o термическое окисление.
Основой пленочной схемы является подложка. К её материалу
предъявляются следующие требования:
термостойкость 500…600оС – необходима и при осаждении пленок,
и при эксплуатации ИС;
механическая прочность;
совпадение температурного коэффициента линейного расширения с
материалом пленок;
беспористость – обеспечивает отсутствие побочных химических
реакций;
химическая стойкость;
шероховатость в определенном диапазоне – обеспечивает нужный
уровень дефектности пленки.
Универсального материала, отвечающего всем этим требованиям, нет.
Подбор осуществляется, исходя из функционального назначения и условий
работы ИС. Наибольшее распространение получили:
керамические подложки – обладают хорошей теплопроводностью,
но пористые и, следовательно, газонасыщаемые;
стеклянные подложки – имеют самую гладкую поверхность, но
плохую теплопроводность и механическую прочность;
подложки из ситалла – это кристаллический материал, в 2…3 раза
прочнее стекла, беспористый, химически стоек, термостоек при температурах 60…+700оС.
Тонкопленочный резистор (рис. 52) – это полоска из пленки на
поверхности подложки между двумя пленочными проводниками. Для их
изготовления используют металлы (рений, вольфрам, тантал, хром), сплавы
75
металлов (например, металло-силицидные, т.е. с добавлением кремния) и смеси
(металл плюс керамика - керметы). Сопротивление пленки из такого материала
зависит не столько от свойств самого вещества, сколько определяется
дефектами структуры пленки (рис. 53), причем за счет дефектности пленок
создают не только низко-, но и высокоомные резисторы. Диапазон
сопротивлений составляет от нескольких Ом до 100 кОм.
Рис. 52. Структура тонкопленочного резистора
Рис. 53. Дефекты пленки
Толстопленочная технология связана с комплексным применением
проводящих и диэлектрических материалов и выходит за пределы темы «Полупроводниковые материалы».
76
Заключительные этапы производства полупроводниковых
приборов и ИС
Контактная металлизация
Рассмотрим на примере биполярного транзистора. Для присоединения к
областям транзистора электрических выводов необходимо металлизовать поверхности контактов эмиттера, базы и коллектора посредством следующих
операций:
Фотолитография для удаления ненужных участков пленки SiO2.
Напыление слоя алюминия толщиной около 1 мкм на всю поверх-
ность пластины с помощью термического испарения в вакууме.
Фотолитография для удаления лишнего металла между областями
контактов.
При изготовлении ИС аналогичным образом создают тонкопленочные
пассивные элементы (конденсаторы, резисторы) и осуществляют коммутацию
между транзисторами.
Сборка и герметизация
Одна пластина полупроводника после проведения всех необходимых для
изготовления транзисторов технологических операций содержит от нескольких
сотен до десятков тысяч отдельных транзисторов. Эту пластину разрезают на
отдельные структуры, называемые кристаллами. Такой структурой может быть
и отдельный транзистор, и ИС. Кристалл напаивают на кристаллодержатель,
осуществляют разводку:
для отдельного транзистора это подсоединение электрических вы-
водов к контактам базы, эмиттера и коллектора;
для микросхемы это подсоединение электрических выводов к ме-
таллизованным контактам в соответствии с топологической схемой ИС.
Далее осуществляется герметизация для отдельного транзистора, размещая в металлический корпус или заливая пластмассой, для ИС – заливая
пластмассой.
77
Заключение
Полупроводниковые приборы и интегральные схемы занимают чрезвычайное важное место в современном технологическом мире. Несмотря на открытие и производство новейших материалов основными остаются классические полупроводниковые материалы – кремний и германий, поскольку именно
кремниевые и германиевые полупроводниковые приборы и интегральные схемы составляют большую часть объема произведенной полупроводниковой продукции.
Библиографический список
1. Пасынков, В.В. Полупроводниковые приборы [Текст]: учебник для ву-
зов/В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин. – 5-е изд., исправленное. – Санкт-Петербург:
Лань, 2001. - 480 с.
2. Курносов, А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводнико-
вых приборов и интегральных микросхем [Текст]: учеб. пособие для вузов по
спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые приборы» /
А.И. Курносов, В.В. Юдин. - 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Высш. шк.,
1986. – 368 с.
3. Галкин, В.И. Промышленная электроника [Текст]: учеб. пособие. Мн.:
Выш. шк., 1989. – 336 с.
4. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы [Текст]: учебник
для вузов/Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – 7-е изд., перераб.
и доп. Ленинград: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. – 304 с.
78
Учебное издание
Музылева Инна Васильевна
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Полупроводниковые материалы и их применение
Учебное пособие
Редактор Г.В. Казьмина
Подписано в печать . Формат 60х84 1\16. Бумага офсетная.
Ризография. Объем 5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № .
Издательство Липецкого государственного технического университета
Полиграфическое подразделение издательства ЛГТУ
398600 Липецк, ул. Московская, 30.
79
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]