Что является конечным продуктом проектирования ИМЭ, что понимают под физической структурой ИС.

Высокая степень интеграции и функциональная сложность ИМЭ определяют соотв-но и значит-ую сложность процесса их проектирования. Конечным его продуктом явл-ся полный технологический маршрут изгот-ия изделия и проект полного набора шаблонов для формирования топологии элементов и их соединений. Технол-ие режимы оп-ций определяют распределение материалов в вертикальном сечении подложки, а рисунок шаблонов – по ее поверхности. Поскольку в процессе изгот-ия ИС в ппров-ке создается заданное распределение концентрации электрически активных примесей, определяющее геометрию p-n – переходов и границы электродных областей транз-ров, а также одновременно создаются контакты к электродным областям, управляющие электроды, межсоединения, изолирующие слои, то проект ИС содержит описание всей ее физической стр-ры.ИС высокой сложности обычно проектируют с прим-ем интерактивных систем автомат-ного проект-ния, в которых проект-щик принимает активное участие на всех этапах работы, привлекая ЭВМ к выпол-нию трудоемких расчетов. Т.е. в полной мере исп-ся творческие возможности человека. Однако распространены и САПР, ориент-ные на применение т.н. кремниевых компиляторов – пакетов прикладных программ, позволяющих получить проект физич-й стр-ры ПП ИС на основе абстрактного описания ее поведенческих свойств.

Развитие технологии и методов проектирования ИС сопровождается быстрым ростом их номенклатуры. Сдерживание этого роста осущ-тся программными способами, в первую очередь использованием микропроц-ных наборов, быстродействие которых несколько ниже, чем у узкоспец-ных ИС. Другим направлением универсализации явл-ся использование матричных ИС на основе базовых матричных кристаллов (БМК), допускающих выполнение до 10³ различных функций. В соотв-ие с заказом потребителя эти элементы определенным образом связываются между собой электрически. Это осущ-ся с помощью тонкопленочной токопров-щей системы, конфигурация которой форм-ся т.н. заказным фотошаблоном (отсюда названия – заказная, полузаказная ИС). Для ИС на основе БМК характерна высокая однородность ТП и короткие сроки проект-ния. Соврем-ые ИС на БМК содержат до 2 10⁷ вентилей (в каждом вентиле 4-12 эл-тов) с задержкой сигнала < 1 нс на вентиль и тактовой частотой сотни МГц.

 

 

12. Какие недостатки обычного термического испарения устраняются при использовании электронно-лучевого испарения?

Основными в группе операций «нанесение тонких пленок в вакууме» являются термическое напыление (испарение) и методы ионного распыления. Они основаны на образовании потока атомных частиц (атомов, молекул, ионов) из напыляемых материалов, их перенос и осаждение на поверхность подложки.

При термич. испарении поток частиц образуется за счет прямого или косвенного нагрева напыляемого мат-ла до Т испарения (Т, при которой давление его насыщенных паров >> Р_ост в камере, на практике ≈ 1,33 Па). Обычно Т испарения больше Т плавления в-ва, но некоторые мат-лы (например, цинк, натрий) подвержены сублимации – испарению из твердого состояния. Испарители могут быть различной конфигурации (проволочные, ленточные, тигельные), но в основном исп-ся резистивные, разогреваемые проходящим через них током. Т.к. для большинства исп-мых в техногии ИС мат-лов темп-ры испарения высокие, их изгот-ют из тугоплавких металлов и сплавов (вольфрам, рений и др.).

Резистивные испарители обладают высокой инерционностью, и в силу различия темп-р испарения элементов, входящих в сплав, при испарении композиционных материалов состав пленок не соответствует составу испаряемого вещества. Этот недостаток отсутствует при электронно-лучевом испарении, для которого характерен очень быстрый (за 10^-8-10^-9 с) нагрев до темп-ры испарения. Имеется также возм-сть получать пленки любых мат-лов, в т.ч. тугоплавких.

Разновидностью метода явл-ся индуктивное испарение, когда металлический сплав разогревается токами высокой частоты в специальных индукторах.

Скорость роста, стр-ра и cв-ва пленок, получаемых вакуумным испарением, зависят от природы испаряемого мат-ла, вида и состояния пов-сти подложки, ее темп-ры, степени вакуума и др. факторов. Метод применяют для получения резистивных и проводящих пленок из медных, алюминиевых, никелевых и др. сплавов. Достоинства: простота и универсальность. Недостатки: высок. вакуум, энергоемкость, неоднородность пленок по толщине, невысокая адгезия.

13. Что скрывается за понятием «вакуумная гигиена», как она обеспечивается в производстве ИС?

Важнейшим элементом планарной технологии является чистота производства. Вещества, используемые при изготовлении изделий, не должны содержать примесей, а рабочая атмосфера – вредных компонентов и пыли. Для повышения точности, стабильности и воспроизводимости ТП в производственных помещениях создают специальный микроклимат (постоянные Т, влажность и скорость движения воздуха, его запылённость, отсутствие электрических полей и др.). Все эти мероприятия относятся к понятию «вакуумная гигиена».

Т.е. понятие вакуумной гигиены охватывает комплекс мероприятий, осуществление кот. обеспечивает надежную работу эксплуатируемых вакуумных установок и получение необходимой глубины вакуума. Вакуумная гигиена определяет:

· требования к помещениям, в которых установлено вакуумное оборудование;

· правила содержания элементов конструкции вакуумного оборудования;

требования к персоналу, обслуживающему вакуумное оборудование.

 

14. В чем сущность планарной технологии? Назначение входящих в нее основных операций.

Планарн.техн-гия –сов-сть способов изгот-ния изделий интегр.электроники путем форм-ния их стр–р с одной рабочей стороны общей заготовки (подложки). Основана на создании в приповерхностном слое п/п подложки, областей с разл.типом проводимости или разн.концентрацией примесей, в сов-сти образ-щих стр-ру прибора. Это создается локал.введением в подложку примесей ч/з спец.маску (обычно SiO₂, маскирующие cв-ва кот.обусловлены малой диф-зией бол-ва исп-мых примесей по сравнению с Si), форм-емую на подложке с пом.микролитографии. Послед-но проводя пр-сы форм-ния маски, литорграфии и диффузии м.получить в подложке области любой конфигурации с разл.электро-физ.св-вами. Т.к.все они им.выход на одну сторону подложки м.ч/з окна в изоляции осущ-ть их коммутацию по электр.схеме при пом.тонкоплен.проводников, конфигурация кот.также осущ-ся литографией. Пленка SiO₂ и др.диэл-ков исп-ся не только как маска, но и д/защиты и изоляции стр-р в ходе ТП и эксплуатации приборов.

Сущ-ют тысячи разновидностей ТП изгот-ния изделий по планарн.техн-гии, каждюиз кот.м.содержать сотни и тысячи операций, очередность и условия вып-ния кот.строго регламентировано, но по критериям воздействия на исходн.мат-л, целям и рез-там их м.разделить на гр-пы: 1.удаление мат-ла:*механ.обработка;*хим.травление; *плазмен. травл-ние; *ионно-лучев.травл-ние. 2.нанесение мат-ла: *получение пленок; *эпитаксиальное наращивание слоев. 3.форм-ние конфигураций Эл-тов и окон в пленках: *разл.м-ды литографии; *микрофрезерование. 4.форм-ние областей с разл.электро-физ.св-вами: *диф-ное или ионное легирование; *радиационно-стимулир.диффузия. 5.термообработка д/предания мат-лам и стр-рам требуемых cв-в: *отжиг пленок; *сжигание контактов; *активизирующий отжиг после имплантации. 6.соед-ние мат-лов: *сварка; *пайка; * сборка; *гермитизация. 7.контроль и подгонка. 8.вспомагательные: *упаковка; *транспортирование.

Д/планарн.техн-гии хар-но многократное повторение блокаопераций,кажд форм-ет опред.часть стр-ры, изменяя число блоков м.изго-ть любой прибор от простейшего диода (3блока операций: окисление, литография, очистка) до СБИС (12-16 блоков). Важн.эл-том планарн.техн-гии явл. чистота произ-ва. В-ва,исп-мые при изгот-нии изделий не д.содержать примесей, а рабоч.атмосфера –вредных в-в и пыли.Д/повышения точности, ТП в произв.помещениях создают спец.микроклимат (пост.темп-ра, влажность, скорость движения воздуха, его запыленность). Все эти и др.мероприятия относ-я к понятию ”вакуумная гигиена”.

15. На каких стадиях ТП изготовления ИС применяется обработка резанием?

Для подложек полупроводниковых и гибридных микросхем материалы: используется кремний в виде цилиндрического слитка. Подготовка подложек: зонная плавка,вытягивание и легирование монокристаллов, резка на пластины,притирка и полировка,травление с полировкой.

Обработка резанием (в осн.образивная) исп-ся только на стадиях изгот-ния подложек и разделения их на кристаллы в конце ТП. В типовой ТП механ.обр-ки подложек вх.: 1.резка слитков, монокристалл.п/п внутрен.режущей кромкой стальных дисков с алмазн.покрытием. Исп-ся образивные зерна с диаметром 20-40 мкм с охлождением водного раствора. Получают параллельность реза +- 20мкм,R_а=0,63. 2.двусторон. шлифование спец образивами до параллельности +-0,5мкм и R_а=0,16. 3.предварительн.и окончательн.полирование пластин пастой с алмазн.микропорошком на замше.

16. Какие функции в составе приборов и в ходе ТП изготовления ИС играет SiO₂?

1.В ИМС используются биполярные (п-р-п, р-п-р проводимости) и униполярные (или полевые) МОП и МДП транзисторы.

МОП – транзистрор с индуцир-ым каналом представляют собой конденсатор, верхней обкладкой которого явл-ся метал. затвор, а нижней – п\пр р-типа. В качестве диэлектрика используется SiO₂ (МОП – стр-ра)

2.Планарная технология – сов-сть способов изготовления изделий п\пр электроники путем формирования их структур с одной стороны подложки. Основ-ся на создании в приповерхностном слое монокристаллич. п\пр-ка, областей с различным типом проводимости или разной концентрацией примесей, в совок-сти образующих стр-ру прибора. Эти области формируютс локальным введением в подложку примесей, осущ ч\з маску (в кач-ве маски испол-ся SiO₂)

3.Травление маски SiO₂ в окнах фоторезиста – это одна из основных операций процесса контактной литографии

17.Почему в современной технологии СБИС все чаще SiO2 заменяют Si3N4?

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.

 

18. Каким методом получают самый качественный по диэлектричес-ким свойствам оксид кремния?

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

Оксидирование по этому методу 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.

 

19. Чем молекулярно-лучевая эпитаксия отличается от эпитаксии, основанной на газотранспортных реакциях?

ЭПИТАКСИЯ (от эпи... и греч. taxis - расположение, порядок), ориентиров-й рост одного кристалла на пов-сти др (подложки). Газофа́зная эпитаксия- получение эпитакс-х слоев п\п путём осажд-я из паро-газовой фазы. Процесс провод-ся при атмосфер-м или пониж-ом давлении в спец. реакторах вертик-го или горизонт-го типа. Реакция идёт на поверх-ти подложек (п\п пластин), нагретых (ИК излуч-ем, индукц-ым или резистивным сп-ом) до 750 - 1200 °C (в зав-ти от сп-ба осажд-я, скорости процесса и давл-я в реакторе). Пониж-е темпер-ры процесса ниже предел-й для данных конкр-х усл-й осажд-я ведет к формир-ю поликристалл-го слоя.

Сущ-т 2 осн сп-ба получ-я эпитаксиальных слоев Si м-дом газофазной эпитаксии: 1. Хлоридный метод (водородное восстан-е SiCl₄) - Скорость роста слоя — 0,1-2,0 мкм/мин в зав-ти от источ-ка Si, темпер-ры и давления. Она пропорц-на конц-ции Si-содержащего компонента в парогазовой фазе. Ограничения м-да: невозможно наращ-ть эпитакс-ную плёнку на сапфир-х подложках.

2. Силановый метод (пиролитич-е разлож-е моносилана SiH₄=Si+2H₂ – Разлож-е происх-т при t=1050 °C, что, по сравн-ю с хлоридным м-дом, замедл-т диффузию и уменьш-т вредный эффект автолегир-я. =>, данным м-дом удаётся получать более резкие переходы м\у слоями.). Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — эпитакс-ный рост в усл-х сверхвысок вакуума. Позв-т выращ-ть гетерострук-ры задан-й толщ-ы с моноатомно гладкими гетерограницами и с задан-м профилем легирования. Для проц-са эпитаксии необх-мы спец хорошо очищ-ые подложки с атомарногладкой поверх-ю.

В основе м-да лежит осажд-е испаренного в молекулярном источ-ке вещ-ва на кристаллич-ю подложку. Осн-е требования к устан-ке эпитаксии след-е:*В рабочей камере установки - сверхвысокий вакуум (около 10⁻⁸ Па).*Чистота испаряемых матер-лов - 99,999999 %. *молекуляр-й источ-к, способ-й испарять тугоплав-е вещ-ва (металлы) с возможн-ю регулир-ки плотн-ти потока вещ-ва.

Преимущ-во м-да — возм-ть созд-я уникх наноструктур с очень высокой чистотой, однородн-ю и малым кол-вом дефектов. Недостатки: высок цена оборуд-я и исх-х матер-в, малая скорость роста (менее 1000 нм \час)., сложн-ть поддерж-я высокого вакуума.

 

20. Почему магнетронное распыление обеспечивает более высокую производительность при получении тонких пленок по сравнению с другими ионно-плазменными методами?

Важным достоинством метода магнетронного распыления является то, что наличие магнитного поля не дает электронам, обладающим высокой скоростью, долететь до подложки, не столкнувшись с атомами рабочего газа. Поэтому подложка не нагревается вследствие бомбардировки ее вторичными электронами. Основным источником нагрева подложки является энергия, выделяемая при торможении и конденсации осаждаемых атомов вещества мишени, в результате чего температура подложки не превышает 100 - 200 °С. Это дает возможность напылять пленки на подложки из материалов с малой термостойкостью (пластики, полимеры, оргстекло и так далее). Этот факт имеет большое значение для современных технологий ввиду широкого использования полимеров и композитных материалов.

21.Какие материалы и почему используют для изготовления термических испарителей?

Испарители могут быть различной кон-ции,но в основном исп-ся резистивные, разогреваемые проходящим через них током. Т.к. для большинства исп-мых в техногии ИС мат-лов темп-ры испарения высокие, их изгот-ют из тугоплавких металлов и сплавов (вольфрам, рений и др.).