Перейти на початок

Прошлый раз я рассказал о технологии получения подложек, сегодня я хочу рассказать о технологиях получения структур, также вы узнаете, что означает таинственная фраза “0,13 микронный технологический процесс”(если конечно вы этого не знаетеJ)

 Несколько слов о чистоте помещения. Так как последующие операции получения структур проводится на открытом воздухе (не в прямом смыслеJ), существует опасность безвозвратно повредить целую партию микросхем из-за пылинки размером всего 0,1 мкм. Поэтому все помещения, в которых производится дальнейшая обработка, тщательно герметизируют, очищают и поддерживают постоянный микроклимат - количество частиц размером 0,5 мкм не должно превышать 10³…10⁶ штук на 1 м³ (в зависимости от степени чистоты), температура 20±1°С, влажность 45±5% и давление воздуха чуть выше атмосферного (для сравнения, в обычной комнате размер пылинки измеряется миллиметрами (ну загляните в системный блокJ), температура плавает в диапазоне 18-25°С, влажность 50-99%). Эти помещения принято называть “чистая комната”. Между прочим, в новостях "Мой компьютер №44(215)", была фотография этой самой комнаты.

Независимо от технологии, структуры получают повторением определенного количества основных операций: литография, диффузия и окисление, в соответствии с картой технологического процесса.

Суть этого процесса сводится к получению “окон” (не путайте с MS WindowsJ), то есть, грубо говоря, снятия в нужных местах шара пленки (точнее шара подложки).

Самой первой и широко распространенной является фотолитография, в основу которой взята технология получения фотоотпечатка (как правило, используются ультрафиолетовые источники света). Также, сейчас в небольшом количестве существуют и другие методы получения окон, например рентгенолитография (для переноса изображения используются рентгеновские лучи).

С помощью литографии на подложке получают контактную маску (пленка на поверхности подложки, с конфигурацией окон в соответствии определенному послойному чертежу (рис.4)). Затем проводят травление подложки, в результате получаются углубления – окна в самой подложке (рис. 5). Теперь контактную маску снимают и подложка с окнами готова к последующей обработке (например: диффузии).

Чаще всего литография проводится по пленке окиси кремния (для получения окон к чистому кремнию) или по шару метализациии (для получения разводки).

Для получения нужной конфигурации областей используют послойные чертежи (на них указано только конфигурацию окон (рис. 4)), которые получают из топологического чертежа (рис. 6). Для правильного совмещения новых областей (точнее окон) с областями, полученными во время предведущих операций, используют метки совмещения (на рис 4 и 6 это знак “+”). От точности совмещения и качества полученных окон зависит минимально допустимое расстояние между элементами и их размеры и как следствие степень интеграции. Сейчас это значение находится на уровне 0,13 мкм, хотя уже есть техпроцессы со значением 0,09 мкм  и даже 0,03 мкм. Профи говорят “микроны”, а по системе СИ – “микрометры”.

Диффузия и окисление

В полупроводниковой индустрии диффузия используется для получения в объеме подложки областей с определенным типом проводимости (а точнее изменение типа проводимости). Для получения области n-типа используют “доноры” а для   p-типа - “акцепторы”.

Процесс диффузии проводят в открытой камере, при температуре 1200°С. Проникновение веществ во внутрь подложки происходит через окна в оксидной пленке, так как через саму пленку диффузанты практически не проникают.

Как было раньше сказано, при высокой температуре кремний сильно химически активный, поэтому одновременно происходит и рост новой оксидной пленки (рис. 7).

Эпитаксиальный слой

Эпитаксиальный слой преимущественно используется в биполярной технологии для получения “скрытой” n⁺-области (она позволяет значительно снизить электрическое сопротивление коллекторной области).

Физически, эпитаксиальный слой – это шар, который повторяет монокристаллическую структуру подложки, но отличается от нее электрофизическими параметрами (типом проводимости и (или) удельным сопротивлением).

Методы изоляции

Кристалл микросхемы представляет собой набор огромного количества отдельных элементов (резисторов, транзисторов и т.д.) которые должны быть надежно электрически изолированы друг от друга, в то время они должны иметь надежный тепловой контакт с подложкой. Поэтому для каждого элемента создается отдельная изолированная область – карман (примечание: при использовании униполярной технологии в большинстве случаев необходимость в карманах отпадает, но об этом позже). Сейчас существует довольно много методов изоляции, но мы рассмотрим только несколько основных.

Изоляция обратносмещенным p-n-переходом самая старая, и самая простая в получении технология, которая дает наибольшую степень интеграции. Но (как всегдаL) имеет свои недостатки: существуют точки утечки, паразитные емкости, низкая радиационная стойкость (именно из-за этого микросхемы выходят из строя при облучении) и другие. Кроме того, на подложку необходимо подать наибольший “минус питания”. Практически во всех микросхемах, изготовленных по биполярной технологии, используется этот тип изоляции.

Иногда используется технология изоляции диэлектриком. Физически, конечная микросхема полученная этим способом представляет собой диэлектрическую подложку, в которой сформированы карманы. Основным недостатком метода является малая степень интеграции и трудность получения.

Существуют также технологии, совмещающие в себе преимущества этим методов, но они менее широко используются.

Биполярная технология

Это первая и самая старая технология получения интегральных микросхем. Ее название походит от основного конструктивного элемента – биполярного транзистора, а название областей от основных областей транзистора – эмиттер, база и коллектор (не путайте с корректоромJ). Приставка “би” переводится на наш как “два”, и означает участие двух типов носителей (основных и не основных) в передаче тока.

При изготовлении микросхем чаще всего используется подложка p-типа, на которой выращен эпитаксиальный шар n-типа. Для изоляции чаще всего используют метод обратносмещенного p-n-перехода.

Как же все-таки получают структуры? Итак, берут подложку (чаще p-типа) с эпитаксиальным шаром и проводят литографию в соответствии с послойным чертежом (рис 4). Далее подложку помещают в диффузионную печь и проводят глубокую диффузию (как правило бора), для получения “карманов” (то есть коллекторных областей, рис 9). Потом снова литографию и диффузию акцепторов. Теперь у нас появилась базовая область. Аналогичным образом получают эмиттерную область и подколлекторный контакт, который служит для препятствия возникновения p-n-перехода (так как алюминий является акцептором). В случае использования другого материала металлизации необходимость в подколлекторном  контакте может отпасть.

О принципе работы биполярного транзистора можно почитать здесь.

На сегодня все. До встречи на страницах МК!

Продолжение тута J >>> 

Использование материала без разрешения автора ЗАПРЕЩЕННО!