Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

по микроэлектронике

«ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ

ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ».

Выполнил: Проверил:

Студент 312 группы Никитанов С.В.

Кузнецов А.А.

Саранск 2013

Цель работы: исследование частей конструкции и физической структуры полупроводниковой интегральной микросхемы, исследование принципной электронной и топологической схем ИМС.

Интегральной микросхемой (ИМС) именуют микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигналов Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС и имеющее высшую плотность упаковки электрически соединенных частей (либо частей и компонент) и кристаллов, которое исходя из убеждений требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Полупроводниковая интегральная микросхема - это ИМС, все активные и пассивные элементы которой выполнены в объеме и (либо) на поверхности полупроводниковой пластинки. Зависимо от Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС типа активного элемента полупроводниковые интегральные микросхемы разделяются на ИМС с биполярными транзисторами и полевыми транзисторами. Разработка производства полупроводниковых ИМС базируется на технологии производства транзисторов, но имеет свои особенности. Имея примерно схожие размеры, они отличаются от транзисторов тем, что в границах полупроводниковой пластинки размещается определенное количество транзисторов, диодов, резистивных Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС и ёмкостных частей, соединенных меж собой согласно электронной схеме. В границах полупроводниковой пластинки эти элементы должны быть изолированы друг от друга. Изоляция частей может быть осуществлена при помощи p-n-перехода, смещенного в оборотном направлении, либо слоя окисла кремния (SiO2).

Технологический маршрут производства полупроводниковой биполярной ИМС

В текущее время большая Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС часть полупроводниковых ИМС делаются по планарной технологии, которая базирована на использовании маскирующего слоя SiO2, диффузии, ионной имплантации, фотолитографии и эпитаксиального наращивания.

В современных печатных платах начальным материалом обычно является кремниевая пластинка p-типа с эпитаксиальной пленкой n-типа. Разглядим этот процесс подробнее.

Начальный материал. Обработке подвергается пластинка монокристаллического кремния Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС (рис. 1), легированная до требуемого значения удельного сопротивления (обычно 10 Ом×см).

Для наилучшего осознания процесса разглядим кусок обычной интегральной схемы, состоящий из транзистора, диодика, резистора и конденсатора (рис. 2).

Начальная пластинка конкретно перед обработкой полируется до зеркально-гладкой поверхности либо подвергается легкому “финальному” травлению для снятия поверхностного нарушенного слоя, образовавшегося в процессе механической Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС полировки.

Окисление пластинок. Для структур, в каких употребляются сокрытые слои, первой технологической операцией является окисление кремниевой пластинки p-типа. Слой SiO2 предназначен для комуфлирования поверхности пластинок при проведении диффузии для получения укрытого слоя. Для действенной защиты поверхности подложки толщина окисной пленки должна лежать в границах 0,2—1 мкм.

Сокрытый слой. Сокрытый Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС слой употребляется для уменьшения поочередного сопротивления коллектора. Для его сотворения обычно проводится диффузия мышьяка либо сурьмы, так как их растворимость в кремнии больше, а коэффициент диффузии меньше, чем у бора и фосфора. Это позволяет получать низкоомные области в кремнии, которые на следующих операциях практически не изменяют собственных размеров Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС в итоге диффузии (рис. 3). Для получения меньшего вероятного поверхностного сопротивления (наименее 10 ом/ð) при диффузии мышьяка концентрация примесей должна составлять 1021 см-3.

Эпитаксиальный слой. Эпитаксиальный слой n-типа выращивается после удаления с пластинки всего слоя окисла. Для легирования эпитаксиальной пленки донорной примесью в качестве диффузанта обычно употребляется фосфин (рис. 4). Толщина эпитаксиального Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС слоя составляет 7—15 мкм, его удельное сопротивление 0,5—5 ом×см. При температуре в эпитаксиальном реакторе порядка 1200°С этот слой выращивается за 10—20 мин.

Повторное окисление пластинки. После наращивания эпитаксиального слоя всю поверхность пластинки вновь окисляют для сотворения маски, нужной при следующих процессах диффузии. Повторно выкормленный окисный слой обязан иметь достаточную толщину Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС для защиты пластинки от диффузии примесей при разработке изолирующего перехода; обычно толщина окисного слоя составляет 1 мкм. Окисные слои на следующих операциях повторного окисления выращиваются сразу с диффузией, проводимой для сотворения изолирующих переходов, базы и эмиттера.

Диффузия для сотворения изолирующих переходов.Разделительная диффузия нужна для изоляции разных областей подложки, содержащих составляющие схемы Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС, которые не имеют общих соединений меж коллекторами. Диффузия должна пройти на всю глубину эпитаксиального слоя (рис. 5). При определении режимов процесса диффузии нужно учесть воздействие температуры и времени каждого следующего процесса диффузии на прошлые процессы. При изготовлении базы и эмиттера примесь, используемая для сотворения изолирующего участка, будет углубляться в подложку Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС. Разделительная диффузия является более глубочайшей диффузией, используемой в производстве интегральных схем. Для сотворения изолирующих областей p-типа диффузия бора из источника (ВВг3) проводится при температуре 1200° С в течение нескольких часов.

Диффузия для получения базы. При проведении базисной диффузии кроме базисных областей транзисторов создается большая часть диффузионных резисторов и анодов Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС диодов. Диффузия для получения базы ведется на маленькую глубину (2,3—3,2 мкм) и просит более кропотливого контроля, чем разделительная диффузия либо диффузия для получения укрытого слоя. По это причине она проводится при наименьших температурах (1100 °С) в течение 1 ч. После вытравливания окон для проведения базисной диффузии определяют токи утечки Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС и пробивное напряжение изолирующего перехода. На этом шаге выявляется нехорошее качество диффузии либо недостатки материала. Базисная диффузия должна обеспечить как можно более четкое значение поверхностного сопротивления, так как его величина и размеры окон определяют величину сопротивления большинства резисторов. Современные диффузионные установки позволяют получать поверхностное сопротивление порядка 200 ом/ð ± 5 % (рис. 6).

Диффузия для получения базы Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС всегда проводится в два шага, так как нужно держать под контролем глубину диффузии и поверхностную концентрацию. Если проводить базисную диффузию в один шаг, то низкая температура, требуемая для получения нужной поверхностной концентрации, прирастит длительность процесса (до одной недели).

При базисной и эмиттерной диффузии пластинки размешаются в лодочке вертикально, что Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС позволяет обрабатывать большее количество пластинок в строго контролируемой зоне диффузионной печи. При вертикальном размещении пластинок и использовании газообразного диффузанта диффузия примеси от пластинки к пластинке возможно окажется неодинаковой. В предельном случае разница в концентрации примеси в пластинках, размещенных сначала лодочки (по направлению потока газа) по сопоставлению с концентрацией примеси Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС в пластинках, расположенных в конце лодочки, составляет 10 %.

Диффузия для получения эмиттера. Диффузия для получения эмиттера позволяет сразу сделать омические контакты n-типа, низкоомные диффузионные резисторы и межкомпонентные соединения, для которых основной неувязкой является изготовка скрещения.

Процесс эмиттерной диффузии (поверхностное сопротивление 2—5 ом/ð, глубина 1,5—2,5 мкм) должен кропотливо контролироваться Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС (так же как и базисная диффузия), потому что он оказывает влияние на высокочастотные свойства транзистора и на его коэффициент усиления по току. Ширина базы определяется как разница меж глубиной диффузии базы и эмиттера (рис. 7). Для получения высочайшей поверхностной концентрации примеси диффузия эмиттера проводится при больших температурах (от 980 до 1050 °С) в Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС течение 20—30 мин.

После диффузии эмиттера при более низкой температуре (900 °С) проводится окисление пластинки во мокроватом кислороде. Окисный слой предназначается для защиты эмиттерных областей и предотвращения их закорачивания при металлизации поверхности пластинки.

Травление перед созданием омического контакта. Для сотворения контактов к компонентам схемы в слое SiO2 вытравливаются окна. Окна Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС в слое SiO2 вскрывают также для сотворения верхнего контакта к подложке, что позволяет определять характеристики транзисторов и резисторов, также свойства подложки (рис. 8). Так как следующие процессы проводятся при температурах существенно ниже температуры диффузии примесей, эти измерения позволяют найти характеристики компонент в готовой схеме. Таким макаром, электронные измерения являются принципиальным способом Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС контроля свойства интегральных схем.

Металлизация. При помощи разных процессов диффузии в пластинке создаются отдельные составляющие, не много отличающиеся по собственной структуре и характеристикам от дискретных компонент. Для получения законченных интегральных схем эти составляющие нужно соединить вместе при помощи токоведущих дорожек (рис. 9). При изготовлении таких соединений нужно при выборе Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС материала и способа производства делать последующие условия:

1. К каждому компоненту нужно сделать омические невыпрямляющие контакты,

2. На кремниевой пластинке нужно сделать контактные площадки для присоединения проволочных либо других выводов, осуществляющих соединение с наружной схемой,

3. Соединение компонент должно быть выполнено из низкоомного материала.

Первому условию удовлетворяют многие металлы, к примеру золото, алюминий, свинец, серебро Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС, хром и никель. В большинстве случаев употребляется алюминий, но время от времени ему предпочитают хром и золото.

2-ое условие диктует требование сопоставимости материалов контактной площадки и вывода. Обычно употребляются золотые и дюралевые проволочные выводы, которые имеют неплохую адгезию.

Третье условие выдвигает требование неплохой адгезии проводника к поверхности двуокиси кремния Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС. При правильном проведении процесса металлизации этому условию удовлетворяют алюминий и хром. При низких температурах (200—300 °С) эти металлы реагируют с двуокисью кремния, образуя поверхность раздела окись металла — окись кремния, владеющую неплохими контактными качествами.

После металлизации вновь проводится процесс фотолитографии, предназначение которого — защитить набросок соединений при травлении, проводимом для удаления Технологический маршрут изготовления полупроводниковой биполярной ИМС излишнего металла.


tehnologicheskoe-obespechenie-upravleniya.html
tehnologicheskoe-obrazovanie-shkolnikov-v-shesti-razvitih-stranah.html
tehnologicheskoe-proektirovanie-pedagogicheskogo-processa-13-00-01-obshaya-pedagogika-istoriya-pedagogiki-i-obrazovaniya.html