Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Инновационные технологии в микроэлектронике

Читайте также:
  1. CALS-технологии. Предпосылки
  2. CASE-технологии и их использование
  3. CASE-технологии и их использование
  4. III. Образовательные технологии
  5. OLAP-технологии анализа и прогнозирования деловой ситуации
  6. Pr технологии в коммерческих структурах
  7. PR-технологии в политике
  8. Social Media Marketing (SMM) и технологии
  9. V этап (с середины 80-х гг.) - компьютерные (новые) технологии
  10. V. Образовательные технологии

На современном этапе развития микроэлектроники применяют два метода создания интегральных микросхем. Первый заключается в локальном воздействии на микроучастки полупроводникового кристалла (твердого тела) и придания им свойств, соответствующих функциям микроэлементов и их соединений. Второй связан с образованием схем в твердом теле посредством послойного нанесения тонких пленок различных материалов на общее основание (подложку) с одновременным формированием из них микроэлементов и их соединений. Эти два технологических приема являются не конкурирующими, а дополняющими друг друга. Их комбинирование привело к разработке схем нового типа- гибридных интегральных схем. В пленочных ИС, в настоящее время сходящих со сцены, элементы создаются осаждением тонких или толстых пленок на специальные платы из диэлектрических материалов–подложки. Подложка служит механическим основанием ИС и, будучи диэлектриком, изолирует ее элементы. На основе напыленных пленок изготавливаются в основном только пассивные элементы (как правило, резисторы и конденсаторы). Пленочные схемы, дополненные активными элементами (диодами, транзисторами, полупроводниковыми ИС), принято называть гибридными ИС (ГИС). Активные элементы в этих схемах крепятся на подложке методом навесного монтажа. Такая технология изготовления ИС, при которой пассивные и активные элементы создаются по двум независимым друг от друга циклам, приводит к ряду преимуществ, которые обусловили сравнительно широкое производство и использование ГИС. Многоуровневое расположение пассивных элементов и использование в качестве активных элементов полупроводниковых ИС расширяют возможности схемотехнической разработки при создании БИС. Интегральные микросхемы, работающие в СВЧ-диапазоне, создаются по гибридной технологии. При этом исключаются трудности, связанные с изоляцией элементов толстыми диэлектрическими слоями, неизбежные, если СВЧ ИС выполняется как полупроводниковая. Толстопленочную технологию целесообразно использовать при разработке мощных ИС, работа которых сопровождается большим выделением тепла.

В соответствии с одной из классификацией все физико-химические операции технологии микроэлектроники подразделяются на три класса:

-процессы нанесения вещества в виде слоев и пленок на поверхность твердой фазы (подложки);

-процессы удаления вещества с поверхности твердой фазы;

-процессы перераспределения атомов (ионов) примесей между внешней средой и твердой фазой или в объеме твердой фазы- подложки.

В первых двух классах изменяется геометрия подложки, в третьем- состав, свойства и структура внутренних областей без существенного изменения геометрических размеров.

Специфической особенностью изготовления ИС является интегрально-групповой метод производства. Суть его заключается в интеграции большого количества различных и однотипных элементов на едином технологическом носителе – пластине, и в интеграции технологических операций при групповых методах их проведения. Это означает, что за один технологический цикл одновременно создается не одна, а большое количество (до нескольких тысяч штук) ИС. При этом технологической обработке подвергается не одна пластина, а группа- партия пластин. Тем самым достигается основная цель интегрально-групповых методов производства- повышение выхода годных и качества, а также снижение стоимости ИС. Так, например, если технологический маршрут состоит из 30-40 основных операций, то для обеспечения суммарного процента выхода годных около 30 необходимо после каждой операции иметь выход годных схем около 97% [68]. Такой уровень технологии может быть достигнут только при интегрально-групповом методе производства, когда все элементы большого количества ИС изготовляют в одинаковых условиях. При этом стоимость изготовления всех ИС незначительно превышает стоимость изготовления одной ИС даже в случае низкого процента выхода годных. В настоящее время не все операции технологического маршрута осуществляют таким методом. Особенностью планарной технологии является также использование в ней группового метода изготовления ИС. На одной пластине кремния одновременно изготавливается много ИС. Их число зависит от диаметра пластины и размера площади, занимаемой ИС. После изготовления элементов структур, получения металлической разводки между элементами и металлических контактных площадок для присоединения внешних выводов корпуса ИС пластина кремния разрезается на отдельные кристаллы (чипы), содержащие уже только одну ИС. Дальнейшая обработка каждого чипа (сборка в корпус, присоединение выводов) ведется индивидуально, что увеличивает стоимость процессов сборки ИС по сравнению с другими технологическими маршрутами. Технологический маршрут состоит из трех повторяющихся операций (химическая обработка, термическая обработка и фотолитография). Самые разнообразные полупроводниковые приборы и ИС можно создавать изменением только комплектов фотошаблонов и режимов термических процессов. В настоящее время для снижения стоимости сборки стремятся использовать групповые методы в процессах сборки. Групповой метод изготовления ИС — это своего рода интеграция технологических операций, т.е. объединение в едином времени технологических операций изготовления сотен и тысяч ИС. Появилась тенденция расширять интеграцию технологических операций, объединяя их в непрерывный процесс, проходящий в единой реакционной камере или в замкнутой многокамерной системе. Групповые методы объединяют все операции, применяемые к пластине как к целому, т.е. при изготовлении кристаллов и в некоторых случаях при сборке. Характерной особенностью является то, что все элементы ИС формируются в кристалле на базе однотипной транзисторной- биполярной или МДП. При этом необходима изоляция элементов друг от друга [68], например p–n переходом. Планарные p—n-переходы защищаются от окружающей среды диэлектрической пленкой двуокиси кремния непосредственно в процессе их создания, и защитная пленка двуокиси кремния сохраняется на всех этапах дальнейшего формирования структуры элементов ИС. Эта особенность планарных p—n-переходов обеспечивает высокую стабильность их параметров и надежность работы ИС. Планарная технология характеризуется большим разнообразием геометрических конфигураций, высокой точностью взаимного расположения и линейных размеров p—n-переходов.

Несмотря на разнообразие типов ИС, технологические маршруты их изготовления основаны на чередовании нескольких операций, которые являются общими для всех приборов. Это позволяет создать единую технологическую схему, которая одинаково приемлема для всех приборов, создаваемых по планарной технологии. Такими операциями являются:

1.Резка слитков кремния на пластины и механическая обработка пластин кремния, состоящая из операций шлифовки и полировки для получения структуры поверхности, удовлетворяющей данным требованиям.

2.Химическая обработка в разнообразных химических реактивах для очистки поверхности пластин.

3.Окисление пластин кремния для получения на поверхности пленки двуокиси кремния, маскирующей поверхность кремния при его локальном легировании.

4.Эпитаксиальное наращивание кремния на кремниевые или инородные (например, сапфировые) пластины.

5.Получение в кремнии слоев, легированных заданными примесями, методом диффузии или комбинацией методов ионного внедрения и диффузии.

6.Нанесение тонких металлических пленок на рабочую поверхность пластины для создания омических контактов к слоям, образующим структуры элементов ИС, и соединительных металлических полосок между элементами.

7.Фотолитография, проводимая с целью, во-первых, образования окон в пленке двуокиси кремния для проведения процессов локального легирования и, во-вторых, формирования металлических соединительных полосок.

8.Проверка параметров всех ИС, полученных на одной пластине, для отбраковки неработоспособных.

.Разделение пластины на кристаллы и сборка годных ИС.

10.Технологические испытания на механическую прочность, устойчивость к циклическому воздействию температур, влагоустойчивость.

11.Окончательная проверка параметров ИС.

Операция литографии имеет особое значение в технологическом маршруте, без нее невозможна была бы микроэлектроника. Она является сложной и состоит из ряда шагов:

7а) обработка подложки;

7б) нанесение фоторезиста;

7в) сушка фоторезиста;

7г) совмещение и экспонирование;

7д) проявление защитного рельефа;

7е) сушка фоторезиста (задубливание);

7ж) травление подложки;

7з) удаление фоторезиста.

В течение технологического цикла изготовления ИС операции окисления, легирования и фотолитографии могут проводиться многократно. Их число зависит от типа ИС и структуры ее элементов. Рассмотренные технологические операции входят в технологический маршрут изготовления любой ИС. Для больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС) разработана модифицированная планарная технология, получившая название изопланарной. Она включает дополнительные операции по получению рельефной поверхности на кремнии методом химического травления, нанесения на поверхность кремния пленки нитрида кремния, изготовление многоуровневой металлической разводки. Классификация ТМ обычно проводится по конструктивному признаку (какой структурой формируется элемент ИС?), а также по способу изоляции элементов ИС друг от друга и типу пластины. В соответствии с этим различают МДП-технологию и биполярную технологию. Для каждой из этих технологий в прошлом были разработаны различные способы, отличающиеся прежде всего по конечной топологической схеме (а следовательно и по конкретному технологическому маршруту!). К настоящему времени лишь немногие из них удержались в практическом производстве. В биполярной технологии можно вспомнить КИД-технологию, технологию трех фотошаблонов, технологию двойной диффузией (изоляция p-n переходом), ЭПИК-процесс, Sipos-технология, декальметод, технологию вспомогательной пластины (изоляция диэлектрическими областями), VIP-процесс, планокс-процесс (комбинированные методы изоляции). Распространение же получили модификации изопланарной технологии. В МОП-технологии можно вспомнить р-канальную с многослойными затворными диэлектриками на кремнии, n-канальную с кремниевым затвором со скрытым оксидом, трехмасочный процесс VMOS, локмос КМОП-технологию. Некоторые из них были действительно оригинальными, ЭПИК-технология предусматривала переворот пластины и использование обратной ее стороны. Основной недостаток ЭПИК-процесса заключался в значительном расходе материалов (подложка долго травилась с обратной стороны). Кроме того, ЭПИК-технология требовала прецизионной механической обработки, которая затруднена из-за наличия прогиба подложки в результате различия коэффициентов температурного линейного расширения монокристаллического, поликристаллического кремния и оксида кремния. Использование в ЭПИК-процессе вместо поликремния стекла или керамики привело к созданию технологии «кремний в диэлектрике». Перспективной считается технология «кремний на сапфире» или, в более общем виде, КНИ-технология.

Главной задачей применения статистических методов для оценки воспроизводимости (reliability) того или иного технологического процесса является выявление отклонений и приоритетных задач по их устранению. При этом используется концепция Шухарта, предусматривающая разделение проблем на общие хронические (ОХ) и специфические аномальные (СА). СА—проблемы возникают в случае поломки, невыполнения регламента, нарушения стабильности качества исходных материалов и т.д., т.е. для их устранения не нужно перерабатывать или дорабатывать процесс, а нужно устранить возникшую неисправность. ОХ—проблемы возникают в том случае, когда требования к качеству превышают возможности имеющегося в наличии реального процесса, и для их устранения необходима его доработка или полная замена. Такое разделение производится на основе карт Шухарта. Обычно используется следующая схема применения стандартов: разработка диаграммы Исакавы —> сбор данных по качественным признакам и процессам —> построение и анализ диаграмм Парето —> выделение приоритетных проблем —> анализ карт Шухарта —> разделение на ОХ- и СА-проблемы —> разработка мероприятий и неуклонное следование им. Для каждого процесса рассчитываются статистические границы. Если параметр группируется внутри этих границ, то проблема снижения изменчивости процесса или низкого выхода годных отностся к ОХ-классу; если происходят выбросы за пределы статистических границ- это СА-проблема. Эти виды проблем отличаются способом решения, и люди, которые их решают, используют различные методы и знания. Как правило, для производства СА составляет 15%, ОХ- около 85% от всех проблем.

Одной из важных тенденций развития современной микроэлектроники является стандартизация. Стандарты делятся на: а) спецификационные (количественные свойства изделий, физические и функциональные интерфейсы между двумя изделиями, критерии для конструкции и работы устройства); б) методические (определяют способы измерения свойств объектов). Стимулом для развития первых являются сложность и модульность приборов. Кроме того, легче продать товар со стандартными характеристиками. В области стандартизации широко известен международный стандарт ISO 9000.

 




Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 40 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.008 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав