Функциональное назначение и основные характеристики фоторезистов.

Фоторезисты (ФР) – светочувствительные органические материалы с изменяющейся под воздействием света растворимостью. Назначение фоторезистов состоит в том, что они формируют защитный слой требуемой конфигурации топологии схемы для последующего травления в окнах фоторезиста.

Основными характеристиками ФР являются светочувствительность, разрешающая способность, кислотоустойчивость, стабильность и вязкость (концентрация).

Светочувствительность – величина, обратная экспозиции, т.е. времени облучения, требуемой для перевода ФР в растворимое или нерастворимое состояние (экспозиция определяется экспериментально и зависит от толщины пленки ФР).

Разрешающая способность – максимальное число линий одинаковый ширины, которое можно получить в ФР на 1 мм. Разрешающая способность R и ширина линий L связаны между собой соотношением R=1000/2L.

Стойкость к воздействию агрессивных сред (кислотоустойчивость) – величина пропорциональная времени отслаивания пленки в используемом травителе.

Стабильность эксплуатационных свойств – определяется временем службы ФР при определенных условиях хранения и использования.

23. Какие методы микролитографии применяются при изготовлении ИС с топологическими размерами элементов меньшими 0,5 мкм?

Микролитография - формирование микрорисунков на поверхности твёрдого тела. M. лежит в основе технологиимикроэлектроники. Обычно M. включает: нанесение на поверхность твёрдого тела (подложку) тонкого слоя фоторезиста (материала, чувствительного к воздействию радиации); экспонирование отд. областей резиста соответственно заданному рисунку (фотошаблон) и проявление, т. е. удаление экспонированных (в позитивном процессе) или неэкспонированнах (в негативном процессе) областей резиста. В результате формируется фоторезис-тивная плёночная маска, в "окнах" к-рой осуществляется технол. обработка поверхностного слоя подложки. Затем фоторезист обычно удаляется. Подобная процедура при изготовлении интегральной схемы повторяется, причём каждый последующий рисунок точно совмещается с предыдущим.

Применяют методы: электронолитографию и ионолитографию.

При электронолитографии используют либо параллельный поток электронов (проекц. электронолитогра-фия), либо пучок электронов, сканирующий пластину (сканирующая электронолитография). Первый метод обладает более высокой производительностью, но требует сложных шаблонов и имеет ограниченную разрешающую способность. Второй позволяет достичь разрешения лучше 0,1 мкм (в экспериментах HM) и формировать изображение без помощи шаблона путём прямого управления лучом с помощью ЭВМ. Разрешающая способность электронолитографии определяется рассеянием электронов в резисте и их обратным рассеянием в результате отражения от подложки. Для уменьшения этих явлений применяют 2слойные резисты. Осн. проблема, препятствующая широкому внедрению электронолитографии в массовое пр-во ИС,- низкая произв-ть сканирующих сис-м. И её применяют в сочетании с фотолитографией и рентгенолитографией. При этом электронолитографию исп-ют для формирования шаблонов наиб ответственных рисунков на пластинах.

Ионолитография обладает свойствами сканирующей электронолитографии, но эффект обратного рассеивания здесь выражен значительно слабее. Жидкометал-лич. ионные ист-ки создают плотные пучки. Сканирующие ионные сис-мы используют для прямого формирования стр-ры интегральных схем без шаблонов. При этом ионный пучок, управляемый ЭВМ, осуществляет легирование п\пр-ка, вносит в него локальные радиац. повреждения, осуществляет травление подложки. Однако производительность в этом случае низкая.

24.Основные недостатки контактной литографии и способы их устранения?

Осн-ые недостатки контактной фотолит-фии: быстрый износ дорогих и сложных в изгот-нии фотошаблонов и возникновение дефектов на контактирующих поверхностях. Это частично устраняется при проекционной литографии и литографии на микрозазоре.

25.На чем основан процесс диффузионного легирования, какие преимущества и недостатки этого метода?

Диффузия происходит, если в тв-дом теле имеется градиент конц-ции какого-либо в-ва N(x,t) и продолжается, пока она не выровняется по всему объему.

Легирование м-дом диффузии имеет ряд недостатков:

1. Высокие темп-ры (могут изменить хар-ки ранее полученных стр-р).

2. Сложность расчета профилей распр-ния примесей и глубины залегания р-п-перехода особенно при многостадийной диффузии.

3. Невозм-сть получить концентрацию примесей большую ее предела растворимости и опред-ный профиль концентрации.

4. Наличие боковой диффузии.

5. Длительность процесса (2-5 ч., а иногда до 60 ч.) и др.

 

26. что кроется за понятиями «загонка» и «разгонка»?

Загонка и разгонка – 2 этапа процесса диффузии.

1. Загонка из источника легирующего эл-та (В2О3, Р2О5 и др.) – на пов-сти пластины созд-ся слой, насыщенный примесью (обычно боро- или осфоросиликатное стекло).

2. Разгонка – в отсутствии внешнего источника примесь распределяется на

требуемую глубину. Этап сопровождается выращиванием на поверхности подложки защитного слоя SiO2.

27. На чем основан метод ионного легирования, какие недостатки термической диффузии он устраняет?

Под ионным легированием понимается контролируемое изменение электрофизических свойств монокристаллов путем облучения их ускорен­ными ионами различных элементов. Таким образом, можно сказать, что метод ионного легирования основан на контролируемом внедрении в материал (твердое тело) ускоренных ионизированных атомов и молекул. Особенно перспективным метод ионного легирования оказался для полупроводниковой электроники. Этот метод обладает преимуществами: универсальность, т.е. возможность введения любой примеси в любой материал; локальность воздействия; отсутствие нагрева подложки; возможность строгого дозирования примесей; простота управления; высокая чистота вводимых примесей и т.д.

Диффузией называют перенос вещества, обусловленный хаотическим тепловым движением атомов, возникающий при наличии градиента концентрации данного вещества, и направленный в сторону убывания этой концентрации в той среде, где происходит диффузия. При производстве современных изделий электронной техники, диффузия является одним из методов введения в объем твердого тела примесных атомов, определяющих тип проводимости и уровень легирования диффузионного слоя. В результате диффузии образуются p-n- переходы, которые являются основой для формирования диодов, транзисторов, конденсаторов.

По сравнению с термической диффузией метод ионного внедрения имеет ряд преимуществ, которыми определяется его широкое практическое применение. Одним из основных достоинств метода ионного легирования является низкая температура процесса, исключающая возникновение ряда отрицательных воздействий на исходную подложку, а также возможность независимого контроля концентрации вводимых примесных атомов и характера их распределения (профиль регулируется энергией ионов, а концентрация — дозой облучения). Кроме того, концентрация примесных атомов при ионном легировании не ограничивается предельной растворимостью, как при диффузии. Недостаток метода ионного легирования заключ. в относительно неглубоком (менее 1 мкм) проникновении атомов основных легирующих элементов внутрь полупроводника.

28. Почему электрический контроль кристаллов ИС проводится на пластинах в неразделенном состоянии? Как его осуществляют?

Цикл групповых процессов обработки ИС заканчивается получением межсоединений – металлических проводников на поверхности кристалла.

Контроль параметров отдельных элементов на предшествующих этапах производства чрезвычайно сложен и экономически не выгоден, поэтому целесообразнее сохранять дефектные кристаллы в пластине до конца групповой обработки, а отбраковку выполнять после выполнения межсоединений путем комплексной проверки ИС на функционирование (на работоспособность).

Готовые подложки тестируются на так называемых установках зондового контроля. Каждый кристалл на полупроводниковой пластине с помощью позиционера и контактирующего устройства подключается к измерителю для контроля электрических параметров. С помощью программного обеспечения тестируются все функции каждого ядра. Бракованные кристаллы маркируются специальными чернилами, либо информация о них заносится в так называемую “карту годности”.

29.Какие корпуса обеспечивают наилучшую защиту ИС? Из каких элементов они состоят?

Наиболее высокую герметичность и защиту обеспечивают металлостеклянные и металлокерамические корпуса.

Детали конструкции плоского керамического корпуса: 1 – керамическое основание; 2 – припой из стекла; 3 – кристалл микросхемы; 4 – контактные выступы; 5 – металлические выводы; 6 – рамка; 7 – керамическая крышка

 

30. Почему метод сквозного прорезания имеет преимущества перед методами скрайбирования?

Скрайбирование с последующим раскалыванием явл-ся осн-ым м-дом разделения пластин на отд-ные кристаллы. Оно закл-ся в нанесении на ее пов-сть в двух заимно перпенд-ных направлениях рисок (царапин). Под ними образ-ся напряженные области и при мех-ком воздействии пластина разламывается вдоль этих линий на отд-ные кристаллы. Процесс может осущ-ся как мех-ски – алмазным резцом (схема на рис.1.28а), так и методом лазерного исп-ния узкой полоски мат-ла подложки с получением разделительных канавок между кристаллами шириной ≈ 40 мкм и глубиной 100 мкм. Затем пластина наклеивается на тонкую эласт-ную пленку и раскалывается на отд-ные чипы путем консольного изгиба на шаровой опоре или с помощью эласт-ных мембран. Эти методы обеспечивают кач-ное ломку пластин диаметром меньше 60-100 мм. В современном произв-ве исп-ся метод сквозного прорезания подложки, наклеенной на эластичный носитель набором сверхтонких алмазных дисков с наружной режущей кромкой. Произв-сть его более высокая, меньше брак, искл-ся оп-ция ломки пластины.

31.Как осуществляется изоляция элементов в составе ИС между собой и подложкой.

В конструкциях ИМС слои SiO₂ и Si₃N₄ исп-ся в кач-ве диэл-ких, изолирующих и защитных (изоляция эл-тов, диэлектрик в МДП-структурах, основание эл-тов металлизации, защита кристаллов и др.), в технологии – для создания маски при локальной обр-ке, источник примесей при диффузии и др. На практике используются пленки SiO₂ толщиной ≤ 1 мкм.

По участию материала исходной пластины методы получения SiO₂ подразделяются на две группы (рис.10):

- основанные на хим-ой реакции мат-ла пластины с окислителем;

- поставка готовых SiO₂ -ассоциаций из внешней среды (осаждение).

Высокотемп-ное окисление в среде O₂ с другими веществами – наиболее распрост-раненный метод. Он имеет две основные разно-видности:

1. В потоке сухого O₂ (самый качественный SiO₂, но малая скорость роста) и увлажненных газов (O₂, N₂, Ar; T = 1000-1200^ОС).

2. В парах Н₂О при высоком давлении (до 50 МПа, Т = 500-900^ОС).

Оксидирование по 1-му методу (схема на рис.11) включает следующие этапы:

- предв-ная выдержка в сухом О₂ (≈ 15 мин) – форм-ся тонкая, плотная с высокими диэл-кими св-вами и адгезией к подложке пленка;

- длительное (≈ 2 часа) оксид-ние во влажном О₂ – быстрый рост пленки меньшей плотности;

- заключительное оксид-ние в сухом О₂ уплотняет пленку, улучшает ее структуру и свойства.

Осн-ой недостаток оксид-ния – высокие т-ры, при которых могут измен-ся харак-ки ранее полученных структур.

Методы осаждения позволяют получать SiO₂ на других ПП материалах, при форм-нии защитных покрытий и т.д. Их достоинством явл-ся также отсутствие высокотемп-ных воздействий.

Перспективным в технологии ПП ИС является Si₃N₄ (у него большие, чем у SiO₂ плотность, термостойкость и электрическая прочность, лучшие защитные и маскирующие свойства, более высокая скорость нанесения и др.). Его получают осаждением продуктов реакции силана (SiH₄) с гидразином (N₂H₄) при Т = 550-950^ОС, а также ВЧ-распылением кремния в азотсодержащей плазме.
32.На каких стадиях ТП изготовления ИС применяются операции сварки, пайки и склеивания?

Установка и присоединение кристалла к основанию металлостекл-го корпуса осущ-ся припоем Au-Ge или Au-Si. Если металлизированная поверхность отсутствует (керамические корпуса), соединение осуществляется легкоплавким стеклом, которое наносится в виде пасты и оплавляется в печи.

Установка ситалловых и керам-ких подложек выполняется с пом-ю клеев на основе эпокс-ных и кремнийорг-ких смол. Для улучшения теплоотвода в них вводят порошки с высокой теплопров-тью (BeO, Al₂O₃ и др.), а если нужен эл-кий контакт – благородных металлов. Применяется также и пайка стеклом.

Соед-ние конт-ных площадок кристалла с выводами корпуса осущ-ся термокомпрес-ной сваркой.