Полупроводниковые пластины. Методы их получения

Полупроводниковые пластины. Методы их получения

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 обработки — фотолитография, диффузия, контроль и др. — включают до 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.