Литографические процессы технологии ПП ИМС

Разделение пластины на кристаллы

После подготовки полупроводниковых пластин и создании на них электрической принципиальной схемы следует дальнейшее механическое воздействие на пластину – разделение на кристаллы. На кристаллы пластина разделяется двумя методами: с помощью алмазного резца, который называется скрайбером и с помощью лазера.

1. Скрайбирование заключается в нанесении на полупроводниковую пластину после сформирования на ней структур, рисок, которые являются областями разупрочнения и которые позволяют разделить пластину на кристаллы. Скорость перемещения скрайбера до 15 мм в секунду. Скрайбер перемещается относительно обрабатываемой поверхности под углом от 8º до 35º. Режущая часть скрайбера представляет собой трехгранную пирамиду, в которой каждая грань является режущей (перезатачивается до 8-10 раз).

2. Разделение с помощью лазера. Быстрый лазер перемещается по поверхности со скоростью 100 м/c. Для этой цели используют твердотельные лазеры (диаметр пятна около 20 мкм). Длительность импульса составляет не более 0.5 мкс. Недостатком такого разделения является разбрызгивание материала (из-за высокой температуры), что вынуждает использование маски из стеклоткани.

После нанесения областей разупрочнения следует разделение пластины на кристаллы с помощью валика, консоли или сферической опоры. Производится монтаж кристаллов к коммутационной плате или к выводам корпуса.

Фотолитография – совокупность фото и физико-химических процессов, применяемых для создания на пластине заданного топологического слоя с применением фоторезиста и фотошаблона.

Фоторезист – полимерный многокомпонентный материал, стойкий к воздействию кислотных и щелочных травителей.

Фотошаблон – устройство (трафарет, фотомаска), несущее информацию о конфигурации и размерах того или иного слоя ИМС. Цветные фотошаблоны на основе оксида железа позволяют наблюдать рисунок подложки под участками фотошаблона непрозрачным для ультрафиолета и прозрачным для видимого света. Цветные фотошаблоны особенно актуальны при использовании многослойных структур. Процесс фотолитографии включает следующие операции:

1. Подготовка пластин 5. Проявление

2. Нанесение фоторезиста 6. Задубливание

3. Сушка фоторезиста. 7. Травление

4. Экспонирование 8. Удаление фоторезиста

Перед нанесением фоторезиста пластину обрабатывают – очищают от различных примесей, повреждений. Жидкостную очистку желательно не использовать, поэтому предпочтение отдают плазмохимическим методам. После обработки желательно исключить контакт с окружающей средой.

После обработки следует нанесение фоторезиста толщиной 0,1 мкм. Фоторезист наносят струйным методом, чаще всего центрифугированием. Для формирования фотослоя достаточно 20-30 сек. Применяются в основном фоторезисты на основе полимерной матрицы (каучук).

Далее следует сушка фоторезиста. Осуществляется в 2 стадии: низкотемпературная сушка (30 ºC, время до 15 мин) – для удаления растворителей и высокотемпературная сушка (120 ºC) – для формирования структуры фоторезиста, то есть для укладки макромолекул.

Экспонирование – обработка пластин, связанная с созданием вытравленной структуры. Фотошаблон ориентируют относительно пластины по базовому срезу, а далее на фотошаблоне имеются метки или знаки совмещения, которые позволяют сориентировать фотошаблон. Экспонирование проводят в светокопировальных камерах с применением цветных фотошаблонов, и заканчивается получением рисунка топологического слоя.

После экспонирования следует проявление. В качестве проявителей применяются толуол, ксилол и растворы буферные (интенсивные).

Затем следует задубливание фоторезиста (его упрочнение). Это финишная обработка и поскольку фоторезист является полимерным материалом, его снова температурной обработкой уплотняют: сначала отверждение происходит при 50 ºC в течение 1,5 часа и затем идет плавное повышение температуры до 150-160 ºC.

Далее следует травление кремния в растворителях, состоящих из смеси плавиковой (HF), азотной () и уксусной () кислот в соотношении 1:4:4.

Удаление фоторезиста происходит в растворе концентрированной серной кислоты при температуре порядка 160 ºC.

14. Полупроводниковые структуры получают несколькими методами:

1. Диффузия. 2. Элионики. 3. Эпитаксия.

В технологии ИМС для получения легированных слоев различного типа проводимости используется высокотемпературная диффузия примесей в ПП подложку. Для получения диффузионных p-n переходов применяется ряд методов:

1. Диффузия в кварцевой ампуле 4. Диффузия из расплава

2. Диффузия на воздухе 5. Диффузия в частично герметизированном объеме

3. Диффузия из стекловидных слоев 6. Диффузия в токе газа

Диффузия в кварцевой ампуле заключается в том, что туда помещают свежепротравленные пластины, небольшое количество примесного элемента и инертный газ. Ампулу запаивают и помещают в печь, где примеси превращаются в газообразное состояние. Получаем полупроводниковый переход на заданной глубине, но в этом случае нельзя температуру повышать выше 1300 °C, иначе происходит расплавление ампулы.

Диффузия на воздухе - диффузия с последующей разгонкой. Заключается в том, что после ампулы пластину погружают в печь и дальнейшая диффузия происходит на воздухе. В этом случае полупроводниковый переход образуется на большой глубине, что увеличивает пробойное напряжение.

Диффузия из расплава з аключается в том, что на поверхности создается расплав. Метод используется для диффузирования Al в Si. При этом Al напыляют в вакууме на горячую пластину кремния. Пленка Al расплавляется, в ней растворяется часть Si. После охлаждения на поверхности образуется рекристаллизированный слой, содержащий большое количество атомов Al.Пластины кремния помещаются в печь с температурой порядка 1300 ºC и Al диффузирует, образуя p-n-переход.

Диффузия в токе газа. Берется кварцевая труба. В нее помещают ПП пластину, во вторую строну источник диффузии. В этой ампуле создаются две температурные зоны T1 и T2 (T2 ≥≥ T1). Пропускается инертный газ, который переносит в места окон примеси с произвольным типом проводимости. Для того чтобы ускорить процесс формирования ПП перехода в технологии используется метод Элионики (ионного легирования).

Элионика. Ионы примесей, получаемые из специальных источников, ускоряются и фокусируются в электрическом поле, попадают на подложку пластины, бомбардируя ее, и внедряются в поверхностный слой проводника. При внедрении в кристаллическую решетку ионы теряют свою энергию, сталкиваясь с атомами, в результате чего образуется большое количество точечных дефектов решетки. В общем случае при ионном внедрении атомы примеси занимают определенное положение в решетке. Для упорядочивания структуры подложку подвергают отжигу 650-700 ºC, создаются p-n переходы. Исходными материалами, которые используются для легирования кремния, являются бор, фосфор.

Для получения равномерного распределения и получения равномерной ПП структуры применяют метод эпитаксии.

Эпитаксией называется ориентированный рост слоев, кристаллическая структура которых повторяет кристаллическую структуру подложки. Практическое значение имеет случай, когда легированная эпитаксиальная пленка выращивается на пластине, т.е. когда вместе с атомами кремния в росте кристалла участвуют и атомы легированного элемента. При размытых типах примесей в пластине и выращенной пленки на границе их раздела образуется ПП переход. Толщина эпитаксиального слоя 2–10 мкм.

При сборке ПП ИМС используют контактные узлы с разными выводами из различных материалов. Это могут быть проволочные выводы и золота диаметром 25 – 50 мкм, медные 50 – 100 и алюминиевые 5 – 100.

Кроме проволочных выводов применяются также балочные и шариковые выводы из тех же материалов.

В эпитаксиально-планарных структурах эпитаксиальный слой (2-10 мкм) содержит элементы ИМС, а подложка толщиной 500 мкм выполняет конструкционную роль. В отличие от диффузионного и ионного внедрения, при которых p-n переход образуется в результате перекомпенсаций влияния исходной примеси и образования области с более высокой концентрацией примеси, эпитаксия дает возможность получать слои в широком диапазоне удельных сопротивлений, не зависящих от сопротивления пластины.

Дата добавления: 2014-01-11