Введение. 2

Виды и типы интегральных ИМС 3

Основная характеристика технологического процесса изготовления п/п ИМС 6

Термическая диффузия технологии производства ИС 6

Оборудование для проведения термический диффузии в технологии изготовления ИМС 9

Ионное легирование 11

Эпитаксиальное наращивание п/п в технологии изготовления ИМС 14

Диэлектрические пленки в технологии изготовления ИМС 18

Осаждение диэлектрических пленок 21

Свойства диэлектрических пленок 23

Дефектность диэлектрических пленок 26

Контроль дефектности диэлектрических пленок по результатам измерения напряжения микропробоя 27

ЛИТОГРАФИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИМС 29

Процессы экспонирования, совмещения и проявления фоторезиста 31

Плазменные методы травления при изготовлении ИС (сухое травление) 33

Рентгеновская и электронная литография 34

Электронная литография 35

Металлизация и токопроводящие плёнки в ТИМС 36

Введение.

Начало становления микроэлектроники, как науки и промышленности относится к 50-м годам прошлого века. Переход к микроэлектронным системам обусловлен следующими технологическими процессами:

В 1953 году разработан и осуществлён процесс диффузии в твёрдой фазе, таким образом появилась возможность группового изготовления п/п транзисторов и получение биполярных транзисторов с использованием мезаструктур.

1. Путём диффузии из твёрдой фазы создаётся pn переход, где n – базовая область, а p – подложка биполярного транзистора.

2. Формируется область эмиттера – n+ по всей площади пластины.

3. Путём применения маскирующих областей закрывают области, на которых на которых формируется транзистор, а в открытых областях проводят травление кремнием до коллекторной области. На одной пластине можно разместить тысячи транзисторов.

4. Формируют металлизацию к коллекторным и эмитерным областям.

Применения групповой технологии позволило получить транзисторы с одинаковыми (близкими) электрофизическими параметрами, а так же значительно снизить стоимость изделия.

Другим фактором, определившим развитие микроэлектроники, является разработка фотолитографического процесса в 1957 году, применения которого дало возможность формировать на поверхности пластины диффузионные области с прецизионными размерами. Применение фотолитографии во многом способствовало получению на поверхности плотных окисных плёнок.

Использование фотолитографии и диффузии в твёрдой фазе получило название планарной технологии. В данной технологии все диффузионные области, сформированные в подложке, имеют выход на поверхности пластины, что позволило проводить их коммутацию, используя существующие плёнки.

Виды и типы интегральных имс

ИМС называется законченное электронное функциональное устройство, сформированное в объёме, на поверхности п/п кристалла и имеющего соответствующие входы и выходы.

Структура ИМС представляет собой рисунок приповерхностных диффузионных слоёв и плёнок на поверхности, в плоскости перпендикулярной рабочей поверхности кристалла.

Рассмотрим примеры структуры планарно-диффузионной ИМС.

При использовании планарно-диффузионной ИМС, реализующей структуру, показанной на рисунке 3, первоначально в монокристаллической пластине кремния формируется К-области n-типа путём диффузии примеси. Помимо транзистора данную область используют для электрической изоляции диффузионного резистора (справа).

Второй диффузионный процесс применяется для формирования базовой области p-типа n-p-n транзистора. Одновременно с базовой областью формируется рабочая область диффузионного резистора.

В 3-м процессе создают Э область n-p-n транзистора и проводят дополнительное легирование К области в месте контакта металлизации. Дополнительное легирование К области осуществляют с целью получения надёжного омического контакта.

После формирования диффузионных областей на поверхности п/п пластины путём окисления или осаждения создаётся изолированная плёнка двуокиси кремния – SiO₂. Данная плёнка предназначена для изоляции металлизированной разводки от поверхности пластины в местах, где необходимо обеспечить контакт металлизированной разводки с диффузионными областями в плёнке SiO₂ вскрываются контактные окна. На всю поверхность пластины напыляется алюминиевая плёнка. Проводя фотолитографию на данной плёнке, осуществляют требуемую коммутацию элементов интегральных схем.

Все интегральные МС одной серии имеют одну и ту же структуру и формируются по одной и той же технологии. МС одной и той же серии отличаются видом, типом и числом использованных элементов.

Топологией ИМС называется поверхностный чертёж, определяющий форму и размер элементов ИС. Различают послойную и совмещённую топологию ИМС.

Рассмотрим пример топологии ИМС, получаемой планарно-диффузионной технологией.

Для изготовления ИМС одной серии и одинаковой технологии даёт возможность значительно уменьшить стоимость ИМС, а так же уменьшить временные и экономические затраты на освоение производства данной серии.

В настоящее время широкое распространение получили базово-матричные кристаллы, представляющие собой заготовку ИМС, содержащую наборы активных и пассивных элементов, уже сформированных на кристалле и покрытые слоем металлизации. Для доработки такой заготовки под определённое функционирование необходимо провести одну фотолитографию, которая обеспечит коммутацию элементов из заданного набора в соответствии с требуемой электрической схемой принципиальной.

П/п ИМС имеют ряд существенных недостатков:

1. Разработка п/п ИМС становится целесообразной при относительно больших программах выпуска (крупносерийное, массовое).

2. П/п интегральные схемы обладают существенными ограничениями электрофизических параметров элементов (номиналы сопротивлений %)

Гибридные ИМС представляют собой законченный электрофункциональный узел, пассивные элементы в котором все или частично получены с помощью плёночной технологии, а в качестве активных элементов используются навесные кристаллы ИМС.

В зависимости от технологии получения плёночных элементов различают тонкоплёночные ГИМС (до 1 мкм) и толстоплёночные ГИМС (от 10мкм до 30 мкм).

Рассмотрим пример структуры ГИМС.

В качестве основания у ГИМС обычно используется диэлектрическая подложка 1 (ситал). Для формирования резистивных элементов на диэлектрическое основание наносится плёночный резистивный элемент 2, его концентрация определяется электрическими параметрами, предъявляемыми к данному элементу. Электрическая коммутация плёночных элементов осуществляется с помощью проводящей плёнки 3. Для формирования конденсаторов используют диэлектрическую подложку 4. Активные навесные компоненты ГИМС развариваются или припаиваются к контактным площадкам, организованным с использованием проводящей плёнки. Для увеличения степени интеграции ГИМС могут формироваться на обеих сторонах диэлектрической подложки.

ГИМС обладают следующими основными преимуществами по сравнению с остальными ИМС:

1. технология ГИМС проще технологии получения п/п кристаллов, поэтому их часто разрабатывают и используют в серийном и мелкосерийном производстве.

2. возможность использования навесных компонентов, выполненных по различными п/п технологиям, даёт возможность создавать ИМС с очень широкими функциональными возможностями.

3. технологический процесс формирования плёночных элементов даёт возможность получать резисторы и конденсаторы с подгоняемыми номиналами, в результате значения ёмкости и сопротивления возможно получать с точностью .

Основным недостатком ГИМС является более низкая надёжность за счёт сварных и паянных соединений по сравнению с п/п БИС, а так же значит меньшей степенью интеграции.

Основной характеристикой ИМС является её степень интеграции, которая определяется количеством элементов, расположенных на поверхности ИС.

, где - количество элементов в ИС

По степени интеграции ИМС подразделяется:

- МС малой степени интеграции

- МС средней степени интеграции

- Большие ИС (БИС)

- Сверх большие БИС (СБИС)