Введение

Современные полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы представляют собой чрезвычайно сложные устройства, отдельные компоненты которых имеют размеры не более доли микрометра. Изготовление таких устройств осуществляется на монокристаллических полупроводниковых пластинах с использованием фотолитографии. Полупроводниковые пластины, предназначенные для формирования изделий микроэлектроники, характеризуются сoвepшенной атомной структурой и высокой геометрической точностью обеспечения этих качеств разработана оригинальная технология механической, химической и химико-механической обработки моно-кристаллических материалов, создано прецизионное оборудование, зачастую не имеющее аналогов в других отраслях народного хозяйства. Обработка полупроводниковых пластин требует высокой квалификации операторов и обслуживающего персонала, неукоснительного соблюдения технологической дисциплины и обязательного поддержания особой чистоты применяемых материалов и вакуумной гигиены в производственных помещениях.

Фотолитографические процессы - важнейшая составная часть технологии изготовления микроэлектронных приборов. Именно они обеспечивают формирование элементов структур с субмикронными размерами и хорошую их воспроизводимость. На современном обо- рудовании достигается разрешающая способность, позволяющая получать несколько тысяч линий на миллиметр. Необходимым условием качественной фотолитографии является наличие бездефектных высокоточных фотошаблонов.

§ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОРОВ И МИКРОСХЕМ

Общая схема технологического процесса

Возникновение современной технологии полупроводниковых приборов относится к 1957-1958 гг., когда были открыты локальная диффузия по оксидной маске и фотолитография. Сочетание этих методов заложило основу планарной ( plane - плоскоcть ) технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (ИМС). В настоящее время она является доминирующей технологией полупроводникового производства.

Планарную технологию применяют для создания твердотельной структуры, содержащей полупроводниковый кристалл с определеннным распределением легирующих элементов ( p-n - переходов ), систему внутренних соединений с диэлектрической изоляцией, а также для формирования внешних выводов этой структуры и ее защиты.

Общая технологическая схема процессов производства полупроводниковых приборов показана на рис. 1. Она включает комп лексы подготовительных процессов, процессов групповой и индивидуальной обработки.

В комплекс подготовительных процессов входят: инженерное проектирование схемы, разработка ее топологии и соответствующего комплекта фотошаблонов, а также ряд заготовительных операций - подготовка полупроводниковых подложек, корпусов приборов и др.

Формирование самой структуры прибора происходит при групповой обработке, которая состоит из процессов окисления, диффузии примесей, эпитаксии, вакуумного напыления, фотолитографии и технохимической обработки. Развернутая схема групповой обработки пластины при формировании прибора на примере эпитаксиально-планарной структуры представлена на рис. 2. Показанная на схеме часть технологического процесса изготовления приборов связана с одновременным получением множества идентичных структур (кристаллов) на одной полупроводниковой пластине. Цикл групповой обработки заканчивается получением межсоединений на поверхности кристаллов пластины.

В индивидуальную обработку входят сборочно-контрольные процессы (разделение групповой пластины на отдельные кристаллы, монтаж кристаллов в корпусах, приварка выводов, герметизация, контроль, механические и климатические испытания,окраска, маркировка и упаковка). Отдельные этапы технологического процесса групповой обра

ботки - фотолитография, диффузия, контроль и др. - включают до

Рис. 1 Общая схема процессов производства полупроводниковых приборов

десяти операции, выполняемых по типовым операционным картам и технологическим инструкциям. Общее число операций изготовле- ния ИМС (без учета подготовительных операций) может достигать 150 ,а продолжительность полного цикла обработки составляет около 100 ч.

Особенностью конструкции полупроводниковых приборов является сверхминиатюрность их элементов. Толщина диэлектрических и металлических покрытий этих приборов обычно не превышает 1 мкм, а толщина активных областей структур составляет десятые доли микрометра. Так, толщина базы СВЧ-транзистора может составлять 0,1 , а эмиттера - О,15 мкм .

Рис.2 Схема технологического процесса изготовления эпитаксиально-планарной структуры ИМС (групповая обработка) с транзисторами n-р-n -типа

Следует также учитывать, что при изготовлении этих приборов производят большое число сложных последовательных операций над одним и тем же кристаллом, что сказывается на проценте выхода годных приборов. В полупроводниковом производстве суммарный процент выхода годных приборов зависит от процента их выхода на отдельных этапах технологического цикла: Nсумм= (N0/100)n*100, где No - средний процент выхода годных структур на единичной операции технологического цикла, n - число oпераций цикла.

Таким образом, если технологический цикл изготовления прибора содержит 100 операций,то даже при N0=95 % Nсумм=1,6 %. Поэтому следует помнить , что процент выхода годных полупроводниковых приборов и их качество в значительной степени зависят не только от совершенства технологии, но и от мастерства рабочего, выполняющего ту или иную технологическую операцию.

§ 2. Характеристика технологических операций

Подготовка полупроводниковых подложек.

Эта операция относится к заготовительным процессам изготовления приборов, Слитки полупроводниковых материалов диаметром 100 мм и более режут перпендикулярно их продольной оси на пластины толщиной до 1 мм. После этого пластины шлифуют до устранения неровностей и нарушенного слоя. При шлифовке последовательно применяют более тонкие шлифовальные составы, чтобы свести к минимуму нарушения кристаллической структуры пластины. В планарной технологии все элементы полупроводниковых приборов создаютcя в приповерхностной области подложки, поэтому качество и состояние поверхности пластины имеют важное значение. Поверхность пластины полируют для окончательного снятия с нее дефектов и доведения ее до необходимой чистоты. Для этого применяют различные способы полирования: механический, химический, химико-механический, электрохимический и плазмо-химический. Для окончательной подготовки рабочей поверхности пластины служит химическая обработка, назначение которой заключается в удалении загрязнений, о статков оксидов и в обезжиривании. В технологическом процессе изготовления приборов химическую обработку подложек используют многократно. Подготовка подложек, как правило, не связана с выпуском конкретных приборов и практически не влияет на длительность периода запуска прибора в производство, однако во многом определяет возможности технологии. Особенностью планарной технологии является повторение одно-типных технологических операций, которые можно проследить по технологической схеме процесса, приведенного на рис. 2. Изменение количества таких последовательностей дает возможность производить любые планарные приборы (от простых диодов до сложных интегральных схем). При этом основа операций часто остается неизменной, а изменяются только технологические режимы и фото-шаблоны, используемые для фотолитографии. Каждая последовательность формирует определенную часть структуры: базовую или эмиттерную область, контакты и т. д. Последовательность изменения структуры полупроводникового кристалла при формировании энитаксиально-планарного n-р-n - кремниевого транзистора показана на рис. 3. Исходная эпитаксиальная структура представляет собой кремниевую пластину 2, на поверхности которой выращен эпитаксиальный слой кремния 1