Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
Планарная технология — совокупность технологических операций, используемых при изготовлении планарных (плоских, поверхностных) полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Процесс включает в себя формирование отдельных компонентов транзисторов, а также объединение их в единую структуру. Это основной процесс при создании современных интегральных схем. Данная технология была разработана Жаном Эрни[англ.], одним из членов «вероломной восьмёрки», во время работы в Fairchild Semiconductor. Технология впервые была запатентована в 1959 году.
Сутью концепции было рассмотрение схемы в проекции на плоскости, что позволяло использовать элементы фотографии, такие как негативные фотоплёнки при засвечивании светочувствительных реактивов. Последовательность таких фотопроекций позволила создавать на кремниевой подложке сочетания диоксида кремния (диэлектрик) и легированных участков (проводники). Применяя также металлизацию (для соединения элементов схемы) и концепцию изоляции элементов схемы p-n-переходами[англ.], предложенную Куртом Леговцом, исследователи в Fairchild смогли создать схему на одной кремниевой пластине («вафля»), изготовленной из монокристалического кремниевого слитка («буля»).
Процесс также включает в себя операции окисления кремния (SiO2), травления и диффузии.
На вход технологии поступают пластины, называемые подложками. Состав материала подложек, кристаллическая структура (вплоть до межатомных расстояний в подложках для современных процессоров) и кристаллографическая ориентация строго контролируются. В ходе технологического процесса в приповерхностном слое полупроводникового материала, являющегося подложкой или нанесённого на подложку, создают области с различным типом или величиной проводимости, определяемой в конечном счёте различной концентрацией донорных и акцепторных примесей, а также материалом слоя. Поверх слоя полупроводникового материала, с использованием в нужных местах прослоек диэлектрического материала, наносятся слои проводящего материала, образующего контактные площадки и необходимые соединения между областями. Области и слои проводника, полупроводника и диэлектрика в совокупности образуют структуру полупроводникового прибора или интегральной микросхемы.
Особенность планарной технологии состоит в том, что после завершения каждой технологической операции восстанавливается плоская (планарная) форма поверхности пластины, что позволяет создавать достаточно сложную структуру, используя конечный набор технологических операций.
Планарная технология обеспечивает возможность одновременного изготовления в едином технологическом процессе огромного числа дискретных полупроводниковых приборов или интегральных микросхем на одной подложке, что позволяет существенно снизить их стоимость. Также в случае изготовления на одной пластине идентичных приборов параметры всех приборов оказываются близкими. Ограничителем является только площадь подложки, поэтому диаметр подложек по мере развития технологий производства подложек стремятся увеличивать.
Для контроля качества выполнения промежуточных операций на подложке, как правило, выделяют несколько малых областей (обычно в центре и на периферии), на которых в ходе штатного технологического процесса формируются тестовые проводящие дорожки и элементарные приборы (конденсаторы, диоды, транзисторы и т. п.). В этих же областях формируют контактные площадки относительно большой площади для тестирования годности пластин перед скрайбированием (разделением на отдельные приборы). Для совмещения изображений при фотолитографии также в специально выделенной области формируются знаки совмещения, подобные тем, какие можно встретить на многоцветной печатной продукции.
Основные технологические операции, используемые в планарной технологии, основаны на процессе литографии (фотолитографии).
Применяются следующие способы:
Приёмы применяемой фотолитографии могут быть сканирующими и проекционными; контактными, бесконтактными и на микрозазоре (см. также иммерсионная литография). Также может быть ограниченно применён способ радиационно-стимулированной диффузии[источник не указан 329 дней].
EUV-литографические машины голландской компании ASML лежат в основе современного производства микросхем.
![]() | Этот раздел не завершён. |
Технологическая цепочка состоит из серии циклов (до нескольких десятков), включающих в себя следующие основные операции (в порядке следования):
Основные циклы, выполняемые при создании полупроводниковых приборов, следующие:
Схемы чередования операций и циклов бывают достаточно сложны, а их количество может измеряться десятками. Так, например, при создании микросхем на биполярных транзисторах с коллекторной изоляцией, с комбинированной изоляцией (изопланар-1,2; полипланар) и в других схемах, где необходимо или желательно обеспечить снижение сопротивления коллектора и повышение быстродействия), сначала выполняется оксидирование, фотолитография и диффузия под захоронённый n+ слой, затем наращивается эпитаксиальный слой полупроводника («захоранивание») и уже в эпитаксиальном слое создаются конкретные элементы микросхемы. После этого поверхность пластины снова изолируют, выполняют контактные окна и наносят проводящие дорожки и контактные площадки. В сложных микросхемах контактные дорожки могут выполняться в несколько уровней с нанесением между уровнями диэлектрических прослоек, опять же с вытравленными окнами.
Порядок циклов в первую очередь определяется зависимостями коэффициентов диффузии примесей от температуры. Стараются сначала производить загонку и разгонку примесей менее подвижных, и для сокращения времени процесса использовать более высокие температуры. Затем при меньших температурах загоняют и разгоняют более подвижные примеси. Это связано с быстрым (экспоненциальным) падением коэффициента диффузии при понижении температуры. К примеру, в кремнии сначала при температуре до ~950 °C создают области р-типа, легированные бором, и только потом при температуре менее ~750 °C создают области n-типа, легированные фосфором. В случае других легирующих элементов и/или других матриц номиналы температур и порядок создания легированных областей может быть разным, но всегда при этом стараются придерживаться правила «понижения градуса». Создание дорожек всегда выполняется в завершающих циклах.
Помимо диффузионного легирования и разгонки могут применяться методы радиационной трансмутации кремния в алюминий и фосфор. При этом проникающая радиация помимо запуска реакций трансмутаций заметно повреждает кристаллическую решётку подложки. Легирование пластины идёт по всей площади и по всему объёму материала, распределение образующихся примесей определяется интенсивностью проникающего в толщу вещества излучения и поэтому подчиняется закону Бугера-Ламберта:
N0 — концентрация примеси на поверхности; a — коэффициент поглощения излучения; x — расстояние от облучаемой поверхности;
Для легирования обычно использовали слитки кремния, не разрезанные на пластины. В этом случае профиль распределения примеси по диаметру пластины описывается транспозицией экспонент с максимумом на периферии пластины и минимумов в центре пластины. Этот метод имеет ограниченное применение для изготовления специальных приборов из высокоомного кремния.
По завершении операций по формированию приборов на пластине производится разделение пластины на малые кристаллы, содержащие единственный готовый прибор.
Изначально разделение пластины на отдельные кристаллы велось путём процарапывания её на глубину 2/3 от толщины пластины алмазным резцом с последующим раскалыванием по процарапанной линии. Этот принцип разделения дал название всей операции разделения пластин на кристаллы: «скрайбирование» (от англ. scribe — "размечать").
В настоящее время скрайбирование может выполняться как с прорезанием на полную толщину пластины с образованием отдельных кристаллов, так и на часть толщины пластины с последующим раскалыванием на кристаллы.
Скрайбирование с некоторой натяжкой можно отнести к завершающим этапам планарной технологии.
Прорезание может выполняться различными путями:
После прорезания рисок пластины разделяют на кристаллы. Существует три основных метода:
Крепление кристаллов к корпусу
После скрайбирования кристаллы присоединяют к основанию корпуса:
Присоединение выводов к кристаллу
методы присоединения выводов:
Герметизация кристалла
методы герметизации — выбор метода зависит от материала и формы корпуса. Корпуса бывают герметичные (металло-стеклянные, металло-керамические, керамические, стеклянные) и негерметичные (пластмассовые, керамические). Сварка: холодная сварка; электроконтактная сварка: контурная, роликовая, микроплазменная, аргонно-дуговая, лазерная, электронно лучевая; Пайка: конвективная в печах, струёй горячего газа; склеивание; герметизация пластмассой.
Тестирование
При тестировании контролируется качество крепления выводов, а также устойчивость приборов (кроме негерметичных) к экстремальным климатическим условиям на стенде тепла и влаги и механическим воздействиям на ударном и вибростенде, а также их электрические свойства. После тестирования приборы окрашивают и маркируют.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.