Микроэлектроника - метод. указания к ЛР

11

3. Выполнить оптические измерения топологических размеров элементов и нанести их нафотографии топологии.

Продолжительность работы - 4 часа.

2.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.В порядке размещения образцов ИМС в кассете занесите в форму (табл. 2.1) обозначение микросхем, выполняемую функцию и число элементов, пользуясь данными табл. 2.2, а так же справочниками на соответствующие марки микросхем и учебниками, представленными в списке литературы.

2.Рассмотрите каждую микросхему под микроскопом и опреде-

лите:

а) способ изоляции элементов в микросхеме; б) число внешних контактных площадок.

Примечания. Контур области изоляции диэлектриком (контур «кармана») имеет вид темной утолщенной линии, при этом прямые углы в контуре обязательно закруглены. Вне контура «кармана» на поверхности кристалла наблюдаются характерные крапинки; контур области изоляции p-n-переходом имеет вид тонких темных линий с прямыми углами без закруглений.

Результаты выполнения п. 2 занести в форму(табл. 2.2).

Таблица 2.1

Характеристики и параметры ПИМС

3.Используя данные табл. 2.1 рассчитать значение степени интеграции К, плотности упаковки W микросхем и занести результаты в форму (табл. 2.1).

4.Зафиксируйте эскизы топологии пассивных и активных элементов микросхем по вашему варианту кассеты с указанием типа про-

12

водимости и названия областей (для ориентировки можно воспользоваться табл. 2.3).

Для этого необходимо установить на столик микроскопа необходимую ИМС и, пользуясь ее принципиальной схемой, найти интересующий элемент топологии, начав поиск от внешней контактной площадки кристалла с соответствующим номером. Поиск тестового или вспомогательного элемента (фигур совмещения) ведут на периферии кристалла или между внешними контактными площадками.

Таблица 2.2 Характеристики и параметры изучаемых ИМС

13

Таблица 2.3 Варианты элементов ПИМС для изучения топологии

5.Выполните оптические измерения конструктивных параметров элементов полупроводниковых микросхем по п.4, для чего необходимо:

а) определить цену деления шкалы окуляра микроскопа по объектмикрометру;

б) поместить в поле зрения микроскопа топологию измеряемого элемента и выполнить отсчет:

– для диффузионного резистора -длины 1 и ширины b;

– для МДП-конденсатора - длины l0 и ширины b0 верхней обклад-

ки;

– для биполярного транзистора - длины и ширины базовой (lб, bб), эмиттерной (lэ, bэ), изоляционной (lи, bи) областей;

для МДП-транзистора - длины 1з и ширины bз затвора;

в) нанести эти размеры в микрометрах на фотографиитопологии.

6.Рассчитайте значение удельного поверхностного сопротивления и удельной емкости, используя значения параметров элементов из табл. 2.2 и результаты оптических измерений.

7.Покажите преподавателю результаты выполнения работы и оформите отчет.

14

3.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Поясните следующие термины: полупроводниковая микросхема, полупроводниковая пластина и кристалл.

2.Как в данной работе можно распознать конструктивнотехнологический тип микросхемы?

3.Сравните кремний, германий и арсенид галлия как материалы для полупроводниковых ИМС.

4.Изобразите конструкцию диффузионного резистора в базовом слое, в эмиттерном слое и в базовом слое под эмиттерным.

5.Изобразите конструкцию диффузионного конденсатора на эмиттерном р-n-переходе.

6.Изобразите конструкцию МДП -конденсатора.

8.Изобразите конструкцию р-канального МДП - транзистора.

9.Изобразите конструкцию полевого транзистора.

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА №3

ИЗУЧЕНИЕ ПЛАНАРНО-ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХМИКРОСХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучение технологического процесса производства полупроводниковых интегральных микросхем.

Задачи задачи:

1.Изучить последовательность технологических операций при изготовлении полупроводниковых микросхем на биполярных транзисторах.

2.Измерить параметры слоев полупроводниковых микросхем.

3.Определить глубину залегания диффузионного слоя.

4.Изобразить эскиз фотошаблона (вид сверху и сбоку).

Продолжительность работы - 4 часа.

15

2. ОПИСАНИЕ ОБРАЗЦОВ

Кассета 1 содержит три образца, отобранные после резки слитка, механической шлифовки и полировки пластин кремния; семь образцов после выполнения различных операций технологического процесса изготовления цифровой ИС типа 133ЛАЗ; два образца (№11 и 12), предназначенные для измерения параметров слоев ИС.

Кассета 2 содержит 12 образцов, отобранных после выполнения различных операций технологического процесса изготовления цифроаналоговой БИС типа 1051ХАЗ.

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучите технологические операции процесса изготовления полупроводниковых микросхем и их последовательность.

2.Определите наименования операций, выполненных на пластинах 1-10 изделия 1.

Для этого необходимо рассмотреть образцы с помощью микроскопа и расположить их в последовательности выполнения операций с учетом изготовления самих подложек.

При выборе последовательности операций следует учитывать усложнение рисунка на примере простейшего транзистора и увеличение количества фигур совмещения.

Следует запомнить цвет чистого кремния, поместив полированный образец в поле обзора микроскопа.

Цвет окисла может быть различным в зависимости от его толщины, однако области, формируемые одновременно при высокой температуре (выше 900°С в открытой или полуоткрытой системе), имеют всегда одинаковый цвет окисла.

Если на образце выполнена одна из фотолитографий по слою окисла (с травлением окисла для вскрытия в нем окон к поверхности кремния), то в поле обзора микроскопа будут видны области чистого кремния.

3.Занесите в форму табл. 3.1 наименования операций в последовательности от самой простой структуры ИС (из имеющихся образцов) до полностью изготовленной структуры ИС

4.Повторите всё на образцах 1-12 изделия 2 (кассеты №2).

16

Таблица 3.1 Технологические операции изготовления полупроводниковой ИС

5. Изобразите фрагмент эскиза фотошаблона (вид сверху и сбоку) для одной из фотолитографий, заданных в соответствии с вариантом:

–для вариантов 1-5 соответственно фотолитографии 1-7 изделия 1 (см. альбомы фотографий к лабораторному оборудованию);

–для вариантов 6-10 соответственно фотолитографии 1-4 и 9, 10,

12изделия 2 (см. альбомы).

Фрагмент эскиза фотошаблона изобразите с учетом вида структуры полупроводниковой ИС или БИС (найти на рисунках альбомов заданный вариантом вид структуры и изобразить его); включения в фрагмент эскиза фотошаблона необходимых для данной фотолитографии топологических элементов структуры ИС или БИС (ссохранением их геометрических пропорций на фотошаблоне).

6. Определите параметры диффузионных слоев.

7. Рассчитайте значение сопротивления резистора, указанного преподавателем, пользуясь данными рис. 3.1, 3.2 и табл. 3.2.

8. Определите глубину залегания диффузионного слоя xj в кремнии, для чего необходимо:

–разместить образец 11 (из кассеты 1) так, чтобы в поле зрения микроскопа была видна лунка шарового шлифа;

–трижды измерить значения Н (рис. 3.3) для лунки шарового шлифа (радиально поворачивая под микроскопом образец и изме-

ряя Н1, Н2, H3);

– рассчитать среднее значение Нср;

– рассчитать значение xj по формуле

xj = H2n/(8R), (3)

где xj - толщина диффузионного слоя, мкм; Н - длина хорды в делениях шкалы окуляра микроскопа; п - цена деления шкалы окуляра микроскопа, мкм; R - радиус шара приспособления для изготовления шарового шлифа, мкм.

Для изготовления шлифа использован шар с радиусом R=3000

мкм.

17

Рис. 3.1. Структура ИС ЛА3

Рис. 3.2. Структура БИС типа 1051ХА3

18

Здесь Н - длина хорды АВ; 1 - микрометрическая линия окулярного микрометра; 2 -контур шарового шлифа, подготовленного к измерениям; 3 - граница раздела двух областей в кремнии, отличающихся типом проводимости.

Рис. 3.3. Определение толщины эпи-

таксиальных и диффузионных слоев

спомощью шарового шлифа

9.Покажите преподавателю результаты выполнения работы и оформите отчет.

4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Изобразите сечение полупроводниковой ИС после заданной операции: разделительной диффузии, фотолитографии, пассивации и т.п.

2.Охарактеризуйте отдельные операции технологического процесса изготовления полупроводниковой ИС: фотолитографию, окисление диффузию и т.п.

3.Каково назначение скрытого слоя, вертикального слоя, разделительной области и других элементов полупроводниковой ИС?

4.Почему приконтактные области n-Si-металл легируются до n+?

5.На какой операции формируются резисторы полупроводниковых ИС?

Из каких соображений выбирается толщина подложки и эпитаксиального слоя?

Таблица 3.2

Основные сведения об элементах структур полупроводниковых ИС и БИС

20

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА №4

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП ИНТЕГРАЛЬНЫХМИКРОСХЕМ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы – изучение технологии производства интегральных микросхем на МДП транзисторах.

Задачи работы:

1.Изучить последовательность операций изготовления интегральных микросхем на МДП транзисторах.

2.Ознакомиться с материалами, применяемыми при изготовлении МДП ИМС.

3.Выполнить оптические измерения конструктивных параметров МДП структур.

Продолжительность работы - 4 часа.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Внастоящее время область применения МДП ИМС непрерывно расширяется. Этот процесс сопровождается разработкой и внедрением новых технологических операций и приемов при производстве МДП ИМС с применением нескольких разновидностей МДП структур.

По электропроводности канала различают р-канальные МДП структуры, n-канальные МДП структуры, комплементарные МДП структуры, содержащие одновременно n-канальные и р-канальные МДП транзисторы. Сокращенно эти структуры называют р-МДП, n- МДП и КМДП соответственно.

По способу получения области канала различают МДП структуры

синдуцированным каналом, когда он наводится под областью затвора при напряжении на затворе больше порогового; МДП структуры со встроенным каналом, когда в тонком приповерхностном слое полупроводника канал создается легированием той же примесью, что сток и исток; диффузионные МДП структуры (сокращенно ДМДП), когда канал и исток создаются методом двойной диффузии в одну область пластины; объемные V-МДП структуры отличаются тем, что канал раз-