⚠ 11.2023: Сайт знаходиться в стані перебудови. Можливо тимчасове порушення функціонування.

В надрах мікросхем

Автор статті: Сергій КРУШНЕВИЧ

Опубліковано: В недрах микросхем. Мой компьютер №1-2 (224-225) 2003


Минулого разу я розповів про технологію отримання підкложок, сьогодні я хочу розповісти про технології отримання структур, також ви дізнаєтеся, що означає таємнича фраза "0,13 мікронний технологічний процес".

Чиста кімната

Так як наступні операції отримання структур проводиться на відкритому повітрі, існує небезпека безповоротно пошкодити цілу партію мікросхем через частинку пилу розміром всього 0,1 мкм. Тому всі приміщення, в яких проводиться подальша обробка, ретельно герметизують, очищають і підтримують постійний мікроклімат - кількість частинок розміром 0,5 мкм не повинна перевищувати 103-106 штук на 1 м3 (залежно від ступеня чистоти), температура 20°С, вологість 45±5% і тиск повітря трохи вище атмосферного (для того, щоб брудне поввітря ззовні не могло потрапити всередину). Для порівняння, у звичайній кімнаті розмір пилинок вимірюється міліметрами (ну загляньте в системний блок), температура плаває в діапазоні 15-25°С, вологість 30-99%). Таке приміщення прийнято називати "чиста кімната". Між іншим, у новинах "Мій комп'ютер №44(215)" була фотографія цієї самої кімнати. Щоб додатково захистити поверхню підложок від попадання на них пилу і дії світла, транспортування здійснюється в спеціальних закритих картриджах і не рідко по спеціальним конвеєрам, щоб максимально убезпечити їх від контакту з людиною (з якої постійно щось сиплеться і всюди залишає свої відбитки).

Літографія

Суть цього процесу літографії зводиться до отримання "вікон" у поверхневому шарі для створення маски.

Найпершою і найпоширенішою є фотолітографія, в основу якої взята технологія отримання фотовідбитка (як правило, використовуються ультрафіолетові джерела світла, т.я. чим коротша довжина хвилі світла - ти дрібніше зображення можна отримати). Також у невеликій кількості існують і інші методи отримання "вікон", наприклад рентгенолітографія (для перенесення зображення використовуються рентгенівські промені).

Топологія (маска) кулі ІМС

За допомогою літографії на підкладці отримують контактну маску (плівка на поверхні підкладки, з конфігурацією "вікон" відповідно до певного пошарового креслення (рис.4)).

Наступним етапом проводять травлення підкложки в хімічних розчинах, в результаті в не захищених плівкою "вікнах" виходять поглиблення (розчин роз'їдає матеріал) (рис. 5). В кінці знімають контактну маску іншим хімічним розчином і підкладка з вікнами готова до подальшої обробки (наприклад: дифузії).

Процес отримання вікон за допомогою (фото)літографії

Найчастіше літографія проводиться по плівці окису кремнію (для отримання "вікон" до чистого кремнію) або по шару металізації (для видалення зайвих ділянок і утворення певної схеми з'єднань).

Топологія - пошарове креслення

Для отримання потрібної конфігурації областей використовують пошарові креслення (на них зазначено тільки конфігурацію вікон (рис. 4)), які отримують з топологічного креслення (рис. 6). Для правильного суміщення нових областей (точніше вікон) з областями, отриманими під час попередніх операцій, використовують мітки суміщення (на рис 4 і 6 це знак “+”). Від точності суміщення та якості отриманих вікон залежить мінімально допустима відстань між елементами та їх розміри та як наслідок ступінь інтеграції. Зараз (2003 рік) це значення становить 0,13 мкм, хоча вже є техпроцеси зі значенням 0,09 мкм; і навіть 0,03 мкм. "Профі" кажуть "мікрони", а за системою СІ – мікрометри

Дифузія та окислення

Дифузія використовується для отримання в об'ємі підложки областей з певним типом провідності (а точніше зміна типу провідності). Для отримання області n-типу використовують "донори" а для p-типу - "акцептори".

Процес дифузії проводять у відкритій камері, при температурі 1200°С. Проникнення речовин усередину піддожки відбувається через вікна в оксидній плівці, які були отримані раніше, оскільки через саму плівку дифузанти практично не проникають.

до та після процесу дифузії та окислення

Як було раніше сказано, при високій температурі кремній сильно хімічно активний, тому одночасно відбувається і ріст нової оксидної плівки (рис. 7).

Епітаксіальний шар

Епітаксіальний шар переважно використовується в біполярній технології для отримання "прихованої" n+-області (вона дозволяє значно знизити електричний опір колекторної області).

Епітаксіальний шар

Фізично, епітаксійний шар – це шар, який повторює монокристалічну структуру підложки, але відрізняється від неї електрофізичними параметрами (типом провідності та (або) питомим опором).

Методи ізоляції

Кристал мікросхеми є набором величезної кількості окремих елементів (резисторів, транзисторів і т.д.) які повинні бути надійно електрично ізольовані один від одного, в той час вони повинні мати надійний тепловий контакт з підложкою. Тому для кожного елемента створюється окрема ізольована область – кишеня (примітка: при використанні уніполярної технології у більшості випадків необхідність у кишенях відпадає, але про це пізніше). Наразі існує досить багато методів ізоляції, але ми розглянемо лише кілька основних.

Ізоляція зворотнозміщеним p-n-переходом найстаріша, і найпростіша в отриманні технологія, яка дає найбільший ступінь інтеграції. Але має свої недоліки: існують струми витоку, паразитні ємності, низька радіаційна стійкість (саме тому мікросхеми виходять з ладу при опроміненні) та інші. Крім того, на підкладку необхідно подати найбільший "мінус" живлення, який є в схемі. Практично у всіх мікросхемах, виготовлених за біполярною технологією, використовується саме цей тип ізоляції.

Методи ізоляції. Ізоляція зворотнозміщеним p-n-переходом

Іноді використовується технологія ізоляції діелектриком. Фізично, кінцева мікросхема отримана за цим способом має діелектричну підкладку, в якій сформовані кишені. Основним недоліком методу є мала ступінь інтеграції та труднощі отримання.

Існують також технології, що поєднують у собі переваги цим методів, але вони менш широко використовуються.

Біполярна технологія

Біполярна технологія - перша і найстаріша технологія отримання інтегральних мікросхем. Її назва походить від основного конструктивного елемента – біполярного транзистора, а назва областей від основних областей транзистораемітер, база та колектор. Приставка "бі" перекладається на наш як "два", і означає участь двох типів носіїв (основних і не основних) у передачі струму.

При виготовленні мікросхем найчастіше використовується підложка p-типу, на якій вирощений епітаксійний шар n-типу. Для ізоляції найчастіше використовують метод зворотнозміщеного p-n-переходу.

Як же таки отримують структури? Отже, беруть підложку (частіше p-типу) з епітаксійним шаром і проводять літографію відповідно до пошарового креслення (рис 4). Далі підложку поміщають в дифузійну піч і проводять глибоку дифузію (як правило бору), для отримання кишень (тобто колекторних областей, рис 9). Потім знову літографію та дифузію акцепторів. Тепер у нас виникла базова область. Аналогічним чином отримують емітерну область та підколекторний контакт, який служить для перешкоди виникнення p-n-переходу (оскільки алюміній є акцептором). У разі використання іншого матеріалу металізації необхідність у підколекторному контакті може відпасти.


Зміст

  • В надрах мікросхем. Як вирощують монокристалічний кремній та нарізають підложки. Частина 1.
  • В надрах мікросхем. Фотолітографія. Ізоляція. Дифузія. Окислення. Біполярна технологія. Частина 2.
  • В надрах мікросхем. Метал-оксид-напівпровідник (MOS, CMOS) та кремній на ізоляторі (COI) технології. Частина 3.
  • В надрах мікросхем. Об'єднання окремих елементів в закінчену схему - металізація. Тестування та монтаж в корпусі. Частина 4.
  • В надрах мікросхем. Підвищення ступеня інтеграції. Розтягнутий кремній Частина 5.
  • В надрах мікросхем. Підвищення ступеня інтеграції. Енергонезалежне зберігання інформації у навпівпровіднику - FLASH-пам'ять Частина 6.
  • Опубліковано:

    Оновленно: 22.11.2023


    (SKNewVersion)(25012024)
    Serhii K Home Page © 2003-2023