- •7. Технология изготовления микросхем
- •7.1. Общие сведения о микросхемах и технологии их изготовления
- •7.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала
- •7.3. Резка монокристалла и получение пластин
- •7.4. Изготовление фотошаблонов
- •7.5. Полупроводниковые микросхемы
- •1.6. Легирование методом термической диффузии примесей
- •7.8. Проектирование полупроводниковых резисторов в имс
- •7.9. Фотолитография
- •Подготовка поверхности
- •Нанесение фотослоя
- •Совмещение и экспонирование
- •Проявление
- •Травление
- •7.10. Расчет топологических размеров областей транзистора
- •7.11. Осаждение тонких пленок в вакууме
- •Термическое вакуумное напыление
- •Распыление ионной бомбардировкой
- •7.12. Тонкопленочные резисторы
- •7.13. Основы толстопленочной технологии
- •7.14. Коммутационные платы микросборок
- •Тонкопленочные платы
- •Толстопленочные платы
- •7.15. Крепление подложек и кристаллов
- •7.16. Электрический монтаж кристаллов имс на коммутационных платах микросборок
- •Проволочный монтаж
- •Монтаж жесткими объемными выводами
- •Микросварка
- •Микросварки
- •Изготовление системы объемных выводов
- •7.17. Герметизация микросхем и микросборок
- •Бескорпусная герметизация
- •Корпусная герметизация микросхем
- •Контроль герметичности
- •Контрольные вопросы
7.4. Изготовление фотошаблонов
Фотошаблоны широко применяются в технологии ИМС как на стадии формирования активных элементов в полупроводниковом материале, так и при создании пассивных элементов и межсоединений.
Фотошаблон — стеклянная пластина (подложка) с нанесенным на ее поверхности маскирующим слоем — покрытием, образующим трафарет с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. В процессе фотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответствии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне.
Подложку фотошаблона выполняют либо из обычного стекла (при экспонировании светом с длиной волны Я, > 300 нм), либо из кварцевого стекла (при А, < 300 нм). В качестве материала маскирующего слоя фотошаблона обычно используется хром, оксиды хрома, железа и др., образующие твердые износостойкие покрытия.
К фотошаблонам для производства полупроводниковых структур предъявляется комплекс требований, к которым в первую очередь следует отнести следующие: оптическая плотность маскирующего материала должна быть не менее 2,0; толщина маскирующего материала — не более 100 нм; его отражательная способность не выше 15 %; неплоскостность — от нескольких мкм до десятков мкм (для разных классов фотошаблонов); микродефектность порядка 0,1 см"2; краевая четкость рисунка не ниже 0,1 мкм для элементов изображения с размером менее 1 мкм.
7.5. Полупроводниковые микросхемы
Конструкция полупроводниковой МС полностью определяется ее физической структурой (совокупностью слоев в кристалле, отличающихся материалом и электрофизическими свойствами) и топологией (формой, размерами, относительным расположением отдельных областей и характером межсоединений по поверхности кристалла). Можно также сказать, что структура — это чертеж поперечного сечения кристалла ИМС, а топология — вид в плане (рис. 5 цветной вклейки).
Рис. 7.4. Фрагмент ИМС:
а — структура; б — топология; / — исходная монокристаллическая пластина — подложка; 2 — скрытый слой; 3 — эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 — базовый слой; 5 — эмиттерный слой; 6 — разделительный слой; 7 — изолирующий слой с контактными окнами; 8 — слой металлизации; 9 — защитный слой (обычно SiCy
На рис 7.4, а приведен фрагмент структуры ИМС, представляющей собой и-/ьи-транзистор, и включенный в коллекторную цепь резистор, а на рис. 7.4, б—топология этого же участка.
Каждый из слоев 2—б представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная п или дырочная р) и характер распределения примеси по толщине. Это достигается одновременным введением примеси через окна защитной маски из SiC>2, формируемой предварительно на поверхности пластины-кристалла. В отличие от слоев 2—б слои 7, 8 к 9 получают путем формирования сплошной пленки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiCb) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно А1) — систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 — окна над монтажными площадками.
Приведенная структура получила название эпитаксиалъно-планарной. Она предполагает взаимную изоляцию смежных элементов за счет обратнос-мещенных /?-«-переходов на границах изолирующего слоя. Высоколегированный скрытый слой (п+) служит для уменьшения сопротивления коллекторов транзисторов и за счет этого повышения их быстродействия. Области п+ под коллекторными контактами исключают образование потенциального барьера (барьера Шотки), обеспечивая, таким образом, омический контакт со слаболегированным коллектором, и принадлежат эмиттерному слою.
Рис. 7.5. Последовательность формирования топологического слоя в объеме кристалла:
a — окисление поверхности; б — фотолитография; в — внедрение примеси; г — стравливание окисла
Слои 2—б, находящиеся в объеме полупроводникового кристалла, формируются с помощью однотипного повторяющегося цикла (рис. 7.5): окисление поверхности (SiOa) — фотолитография с образованием оксидной маски — внедрение легирующей примеси через окна маски — стравливание окисла. Рисунок оксидной маски определяется рисунком фотошаблона, используемого в процессе фотолитографии. Таким образом, для создания всех слоев требуется комплект фотошаблонов с различными рисунками.
В соответствии с этим циклом последовательность формирования по-
лупроводниковой структуры следующая. В исходной пластине-подложке р-типа формируются области скрытого слоя (п+). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния и-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (р+) с таким расчетом, чтобы они сомкнулись с подложкой. Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (и). Внутри коллекторных областей формируются базовые ^-области (базовый слой), а внутри базовых областей — эмиттерные (эмиттерный и+-слой).
В дальнейшем обработка происходит на поверхности — формируются изолирующий слой (SiO2), слой металлизации (А1) и защитный слой (SiCh). При этом обработка осуществляется по циклу «нанесение сплошной пленки — фотолитография».
Таким образом, для получения рассматриваемой структуры необходим комплект из семи фотошаблонов.