Для тех, кто мало знаком с предметом, приведем некоторые краткие сведения по технологии изготовления микросхем вместе с требованиями по уровню чистоты на отдельных производственных этапах. В качестве примеров мы используем сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) и технологию CMOS (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник).

В общем случае производство интегральных микросхем можно разделить на три фазы: производство материалов, изготовление пластин, а также сборка с испытаниями и измерениями.

Материалы

Этапы процесса, начиная с обработки кварцевого песка, приведены в таблице 3.1.

Большинство операций из этого перечня проводятся в обычных заводских условиях. Защита от загрязнений обеспечивается по большей части тем, что процесс проводится внутри изолированных зон. Подготовка шихты для вытягивания кристалла методом Чохральского, так же как очистка тигля, должны проводиться в чистом помещении с контролируемым уровнем чистоты - минимум класса ИСО 5 (класс 100). Любое загрязнение, появляющееся на этом этапе, попадет в слиток и станет причиной сбоя в процессе выращивания монокристалла или причиной появления нежелательных электрических свойств пластины.

Таблица 3.1

Исходный материал

Оборудование

Продукт

Песок, уголь, кокс, щепки дерева.

Дуговая электропечь, 2000°С

Кремний металлургического уровня (КМУ) - 98% Si

КМУ (порошок),

НС1 (газ) + катализатор

Реактор 300°С

Неочищенный SiHCl3 (трихлорсилан)

SiHCl3 (неочищенный)

Ректификационная колонна

Чистый SiHCl3

SiHCl3 + н2

Реактор

Кремний электронной чистоты (КЭЧ) - 99,99% и чище

КЭЧ

Установка выращивания кристаллов по Чохральскому - высокая температура, атмосфера -инертный газ

Слиток монокристалла кремния

Монокристалл кремния - слиток

Специальный шлифовальный станок

Ровный полированный цилиндр из Si с фасками по всей длине для определения кристаллической ориентации

Полированный цилиндр Si

Алмазная пила

Диски с одной или двумя плоскими фасками

Диски

Шлифовальная, притирочная и полировальная машины

Пластины, готовые к производству интегральных микросхем

Последняя часть процесса также требует чистой контролируемой среды (минимум ИСО 5), чтобы оборудование могло обеспечить требуемые уровень чистоты поверхности, толщину, конусность и плоскостность. Большое внимание должно быть уделено и защите от попадания на поверхность подвижных ионов или легирующих добавок. Высокие температуры, присущие процессам дальнейшей обработки пластин, способствуют внедрению этих элементов внутрь кристаллической структуры и нарушению заданных электрических свойств.

Представленное здесь описание полного технологического процесса значительно упрощено, в нем полностью опущены многочисленные испытания, этапы очистки и настройки, необходимые для того, чтобы получить требуемую степень чистоты, размеры кристалла, его ориентацию, равномерность и объем заданных электрических свойств. Кроме того, в таблице рассмотрено использование в качестве полупроводникового материала только кремния. К числу других материалов, используемых сегодня, относятся полиметаллические полупроводники, кремний (или другой полупроводник), нанесенный на стекло, сапфир, алмаз и т. д. Производство этих материалов не отрицает требований по соблюдению чистоты. Напротив, подобное усложнение процесса обычно приводит к появлению дополнительных механизмов внесения загрязнений, которые наносят ущерб качеству и функциональным свойствам, что, как правило, приводит к более жестким требованиям по соблюдению чистоты.

Производство пластин

На этом этапе в объеме или на поверхности полированной кремниевой пластины создаются все активные и пассивные элементы полупроводниковой микросхемы. Взглянув в микроскоп на ее поперечное сечение, можно увидеть слой чистого кремния, измененного либо внедрением в металл на заданную глубину атомов легирующих веществ с заданной концентрацией, либо удалением металла травлением, либо осаждением слоев окиси кремния с последующим выборочным травлением и заменой на алюминий или на кремний с другими примесями, после чего слои селективно протравливаются и заменяются оксидом или металлом. Процесс повторяется многократно, создаются новые слои, которые накладываются один на другой и соединяются с помощью внутренних контактов, стабилизируются, пассивируются и т. д.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒