Типовой ТП изготовления полупроводниковой ИС на униполярных (полевых) транзисторах.

1)Подготовка исходной кремневой пластины p- типа

2)термическое окисление для получения маски SiO₂

3)первая фотолитография по плёнке SiO₂ и вскрытие окон для формирования базовой области

4)формирование базовой области диффузии бора и термическое окисление

5)2-я фотолитография и вскрытие окон для формирования эмиттерной области и коллекторного контакта

6) формирование эмиттерной области и коллекторного контакта n⁺

7) формирование эмиттерной области и коллекторного контакта термической диффузией сурьмы или фосфора

8)3-я фотолитография по SiO₂ и вскрытие окон под контакты к коллекторной ,эмиторной и базовой областям транзистора

9)металлизация- формирование плёнки Al термическим испарением по всем областям поверхности

10)4-я фотолитография по плёнке Al и формирование элементов коммутации её травлением

Классическая планарная и планарно-эпитаксиальная технологии используются в основном для изготовления дискретных приборов. При изготовлении микросхем возникает проблема создания нескольких типов активных и пассивных элементов и их электрической изоляции. Основные методы изоляции:1)обратным смещённым p-n переходом 2)диэлектриком 3)метод комбинирования

1. Что такое степень интеграции ИС, чем она ограничивается?

Основную долю соврем. ИС составляют полупроводниковые микросхемы, кот. интенсивно развиваются в направлении увеличения степени интеграции, числа выполняемых функций, быстродействия, надежности.

Степень интеграции опр-ся числом элементов. Обычно степень интеграции к=lgN, где N – активные элементы (округлённо).

Повышение степени интеграции ПП ИС сопровождается ростом плотности размещения элементов, уменьшением их размеров, увеличением числа функций, быстродействия, надежности, снижением энергопотребления и т.п.

Плотность элементов ограничиваетсягеометрическими и физическими факторами. Геометрические связаны с размещением элементов и соединением м-ду ними на ограниченном участке подложки. При больших N рисунок соединений сложен и не мб размещён на 1 уровне, поэтому с БИС (большие) и УБИС (ультрабольшие интегральные схемы) разводка много уровневая.

Наибольшую степень интеграции имеют ЦИС (цифровые интегральные схемы) с регулярной структурой, ЗУ активного и постоянного типа, дешифраторы и пр.

2. В чем преимущества оптоэлектронных приборов перед приборами с электрическими связями?

Оптоэлектроника – охватывает методы создания приборов и устройств на эффектах взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона с элементами в-ва для генерации, передачи, хранения, обработки и отображения инфы.

Характерные оптоэлектронные устройства – ист-ки когерентного и некогерентного излучения (лазеры, светодиоды), п-пр и ЖК индикаторы.

Преим-ва ОЭ по сравнению вакуумной и п-пр электроникой обусловлено:

1)электрической нейтральностью квантов излучения, что обеспечивает невосприимчивость к внешним э/магн полям (помехоустойчивость), полная гальванич развязка, в уст-вах с внутренними оптическими связями

2)высокой частотой и малой длиной волны -> высокой информац емкость, быстродействие.

3) малая расходимость луча об-т передачу сигнала в зад.область с малыми потерями.

3.Что дает применение базовых матричных кристаллов (БМК) при проектировании ИС?

Базовый матричный кристалл – это большая интегральная схема, на которой разведены, но не соединены элементарные цепи и логические элементы. Заказчик разрабатывает схему соединений, так называемую маску, и эта маска в качестве последнего слоя наносится на БМК, и элементарные схемы и разрозненные цепи складываются в одну большую схему.

Преимущества:

1) высокая эффективность изготовления на заказ небольшими сериями;

2) быстрота создания;

3) сравнительно небольшая стоимость;

4)гибкость в проектировании аппаратуры, возможность применить оригинальные схемные решения.

БМК применяются, когда требуется быстро разработать и начать производство изделия; когда объём производства изделия относительно невысок, а подходящих БИС среди выпускаемых нет; при создании специфичной аппаратуры с оригинальной схемотехникой.

4. Какие методы удаления материала называются «сухими» и в чем их преимущества перед традиционными «мокрыми»?

Мокрые методы: Хим.травление - как для удаления нарушенного слоя после шлифования, так и в ходе получ конфигурации структур на подложке. Исп-ся в основном кислотные (смесь азотной и плавиковой) и щелочные травители (NaOH, KOH и др.). Пр-сс отличается значительной чувствительностью к темп-ре, состоянию поверхности и кристаллической ориентации подложки (селективностью). SiO₂ травится водными растворами смеси HF с ее солями (KF, NaF, NH₄F).

Эл-химическое травление основано на электролитических реакциях. ПП пластина - анод, на котором происходит анодное окисление (растворение). Электролит – водные р-ры HF и ее солей. Скорость травления выше, чем у химического. Применяется как для локального удаления материала, так и для очистки и полировки.

Сухие методы: Газовое травление - на химическом взаимодействии материала с газообразными травителями с образованием летучих соединений. Применяется как метод окончательной очистки перед операциями, в которых одним из определяющих факторов является структура поверхностного слоя (например, перед эпитаксией). В качестве травителей используют смеси H₂ или He₂ с галогенами (F, Cl, Br); HBr, HCl, H₂S, CF₆ и др. Обеспечивается высокая чистота поверхностей, большие скорости травления. Применение ограничено из-за высоких температур процесса (800-1300^ОС), необходимости использовать газы высокой чистоты.

Ионно-плазменное и ионно-лучевое травление- удалении поверхностных слоев Si и др материалов при их бомбардировке высокоэнергетичными ионами инертных газов. Процесс наз распылением. Исп также для получения тонких пленок и слоев. Ионные методы универсальны. Их используют как для финишной очистки перед формированием структур в вакууме, так и для локальной прецизионной обработки.

Плазмо-химическое травление - разрушении обрабатываемого материала ионами активных газов, образующимися в плазме газового разряда. Используются для травления Si, SiO₂, Si₃N₄, фоторезистов и некоторых металлов. Оборудованием являются специальныые реакторы.

«Сухие» наиболее эффектны для очистки и локальной обр-ки в технологии СБИС с субмикронными размерами эл-тов. По большинству технол-ких возможностей превосх жидкостное химическое и электрохимическое травление.

5. Что положено в основу классификации изделий МЭ по функциональным признакам?

Классификация изделий микро-, опто- и функциональной эл-ки проводится по функциональному назначению и конструктивно-технологическим признакам. Поскольку признаков, входящих в такие классификационные группировки, несколько десятков, единого подхода к этому вопросу нет. Например, для интегральных микросхем, которые являются наиболее характерными изделиями МЭ, можно предложить следующую классификацию: 1.по конструктивно-технологическим признакам: -пленочные (интегральные, гибридные); -полупроводниковые (многокристальные, интегральные). 2. по функциональному назначению: -цифровые(МДП, биполярные); -аналоговые.

В основу классификации изделий МЭ по функциональному назначению положен тип обрабатываемых сигналов, следовательно, ИМС делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговые выполняются в основном по Si и GaAs технологии. Они предназ. для обработки сигналов, изменяющихся как непрерывная ф-ция. Областью их применения являются, прежде всего, устройства аппаратуры телевидения и связи, а также изме­рительные приборы и системы контроля. Они должны удовлетворять след. требованиям: минимальное искажение сигнала и уровень шумов, быстродействие, стабильность выходного сигнала и др. Цифровые ИС предназ. для обработки дискретных сигналов, выраженных в двоичном или др. цифровом коде. Обычно это множество транзистор. ключей, обладающих двумя устойчивыми состояниями. Осн. видом цифров. ИС явл. Логические микросхемы типа И, ИЛИ, НЕ, И-ИЛИ, И-НЕ и др. Кроме логического приз-ка их класс-ют по технологии, например, ТТЛШ, КМОП, СБИС.

По функциональной сложности ИС принято ха­рактеризовать степенью интеграции, условно оцениваемой по де­сятичному логарифму числа элементов и компонентов, содержа­щихся в корпусе микросхемы. По этому признаку в настоящее время различают восемь степеней интеграции.

6.Какие виды конденсаторных структур применяются в составе ИС, в чем преимущества одних перед другими?

Конденсаторы м.б. диффузионными, МОП и тонкопленочными. 1-е образуются обратно смещенным p-n-переходом. Их C являются функцией f(S_пер,N_прим). С практически линейно изменяется с U; ΔС ≈ 20%; С_макс до 1000 пФ; U_пр = 7-10 В.

Конденсаторы полупроводниковых микросхем: а – диффузионный; б – МОП-типа; в – тонкоплёночный (1 – диоксид кремния; 2 – алюминиевый контакт; 3 – кристалл кремния)

МОП-конденсаторы формируются как затвор МОП-транз-ра, т.е. n⁺ПП-SiO²-Al пленка. У них хорошая линейность, U_пр ≤ 50 В, низкий α_С, С_уд = 10⁴ пФ/см². Основной недостаток – большая паразитная С относительно подложки.

Тонкоплёночные конденсаторы образуются осаждением пленки диэлектрика (SiO² или Ta₂O₅) между пленками алюминия (пластины). U_пр сотни В (из-за хорошей изоляции от подложки), С_уд = 900 пФ/см² ( SiO₂) или 3500 пФ/см² (Ta₂O₅), ΔС - ±(5-10)%. Недостаток – дополнительные операции ТП.

7.В чем отличие гомоэпитаксиальных структур от гетероэпитаксиальных, где применяются такие структуры?

Эпитаксия –наращивание монокристаллических слоев Si и др. п/п за счет ориентирующего действия подложки. При гомоэпитаксии хим.состав подложки и наращенного слоя одинаков. При гетероэпитаксии -разные.

В процессе выращивания в слой можно вводить легирующие примеси с нужным распределением концентрации, типом и величиной проводимости. Наиб-шее распр-ние в Si-технологии имеет хлоридный способ получения эпитак-ных стр-р. Наиб. применение в технологии ПП ИС имеют эпитакс. слои толщиной 1-25 мкм. Гетероэпитаксией выращивают слои монокремния на сапфире. Такие стр-ры обеспечивают хорошую изоляцию эл-тов ИС между собой, более высокие нагрево- и радиационную стойкость приборов. В основном исп-ся хлоридный метод и пиролиз моносилана (SiH₄).

Возможности получения тонких и сверхтонких однослойных и многослойных структур разнообразной геометрии с широкой вариацией состава и электрофизических свойств по толщине и поверхности наращиваемого слоя, с резкими границами р-n-переходов и гетеропереходов обусловливают широкое использование методов эпитаксиального наращивания в микроэлектронике и интегральной оптике, в практике создания больших и быстродействующих интегральных схем, а также оптоэлектронных приборов.