Самостоятельное изучение , часть 2 « Архитектура компьютера»

Технология производства интегральных микросхем План.

1. Изготовление подложки.

2. Экспонирование.

3. Травление.

4. Многослойное структурирование.

5. Завершающие операции.

1. Изготовление подложки

Производство ИМС с высокой степенью интеграции, например, микропроцессоров (МП), которые содержит десятки миллионов элементарных транзисторов, осуществляется на заводах, напоминающих лаборатории с очень высокими требованиями к чистоте.

Большая часть операций по производству интегральных микросхем из кремниевых пластин выполняется робототехникой в автоматическом программном режиме.

Из очищенного кремния "выращивается" большой монокристалл цилиндрической формы. Цилиндр монокристалла режется на очень тонкие пластины, которые затем используются в качестве подложки для изготовления кристаллов ИМС

Кремниевая пластина – подложка для изготовления микросхем

На большинстве кремниевых фабрик для изготовления микропроцессоров исполь­зуются подложки диаметром 8 дюймов (около 20 см). В настоящий период осуществ­лен переход на изготовление ИМС по технологическим нормам 0,13 мкм из пластин диаметром 12 дюймов (порядка 300 мм).

Технологические проектные нормы (конструктивные нормы или топологические размеры) выражаются в долях микрона (мкм) и показывают, каковы ми­нимально-допустимые размеры элементов топологии микросхемы. Например, норма 0,25 мкм означает, что эффективная длина канала связи между вентилями кристалла составляет 0,25 мкм — такова дистанция пробега тока между двумя транзисторами. Чем короче канал, тем выше быстродействие, меньше потребление тока и нагрев элементов (выделение тепла). Чем меньше норма, тем плотнее набивка микросхемы элементами и меньше паразитные емкости.

Изготовление ИМС неразрывно связано с фотолитографией — автоматическим про­цессом экспонирования и травления участков пластин, подготовленных под воздействием ультрафиолетового света. Современная фотолитографическая машина способна обработать за один час несколько десятков 8-дюймовых полупроводниковых пластин.

На одном из начальных этапов изготовления ИМС на кремниевой подложке под воздействием высокой температуры и кислорода выращивается первый, очень тонкий слой двуокиси кремния. Он служит прекрасным изолятором и защищает поверхность пластины при фотолитографии.

Затем подложка покрывается защитным фотослоем (фоторезистом}. Фоторезист — светочувствительное вещество, которое под воздействием облучения ультрафиолетовым светом становится растворимым. Впоследствии ненужные участки фоторезиста и пленки окислов можно удалить (вытравить) с поверхности пластины в незащищенных от облу­чения ультрафиолетом местах. При этом обнажаются участки чистого кремния.

2. Экспонирование

Для экспонирования используется фотомаска, представляющая прецизионный фото­шаблон, который изготовлен из квадратной пластинки на кварцевом стекле, покрытом хромом. На такой фотопластинке фотохимическим способом формируется высокоточный рисунок слоя, состоящий из прозрачных участков.

а) б)

Засвечивание пластины через фотомаску (а) и травление (б)

Различные фотомаски участвуют в процессе производства микросхем на всех этапах фотолитографии.

Для создания каждого слоя кристалла используется своя маска. Общее количество таких слоев — несколько десятков.

По меткам, заранее сформированным на поверхности пластины, в специальной установке светочувствительный слой засвечивается ультрафиолетовым светом через систему линз и через маску с уменьшением таким образом, что на пластине получается изображение элементов кристалла в масштабе 1:1. Затем пластина сдвигается, экспонируется следующий фрагмент кристалла и т.д., пока на подложке не будут обработаны все фрагменты.