Министерствообразования Российской Федерации
/>
РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
к курсовойработе по курсу:
ТехнологияИМС
тема: “Разработка конструкции, топологии и технологического процесса изготовления ИМС усилениятока индикации кассового аппарата“
Базовоепредприятие ФГУП «КЗТА»
Калуга 2009 г.
Содержание
Техническое задание
Топологический расчет транзистора
Расчет геометрических размероврезисторов
Расчет геометрических размеровконденсаторов
Расчет топологии полупроводниковогокристалла
Технологические процесс изготовленияИМС
Биполярные микросхемы с изоляцией р-ппереходом
Заключение
Список литературы
Введение
Основополагающая идеямикроэлектроники – конструктивная интеграция элементов схемы – приводит кинтеграции конструкторских и технологических решений, при этом главной являетсязадача обеспечения высокой надежности ИМС.
Важнейшей задачей проектированияявляется разработка быстродействующих и надежных схем, устойчиво работающих принизких уровнях мощности, в условиях сильных паразитных связей (при высоко плотностиупаковки) и при ограничениях по точности и стабильности параметров элементов.
При технологическомпроектировании синтезируется оптимальная структура технологического процессаобработки и сборки ИМС, позволяющая максимально использовать типовые процессы иобеспечивать минимальные трудоемкость изготовления и себестоимость микросхем.
Техническое задание
Разработка конструкции,топологии и технологического процесса ИМС по заданной электрической схеме.
Схема электрическаяпринципиальная приведена на рис. 1.
Описание работы схемы.
Схема электрическаяпринципиальная приведена на рис. 1.
Данная схема обеспечиваетобработку сигналов, поступающих на вход схемы, и выдачи сигнала на выход.Транзисторы VT1-VT4 обеспечивают усиление по току.
/>
Таблица 1. Номинальныезначения элементовR1 6,8 кОм±5% R6 6,8 кОм±5%
VT1…VT3=
=BC817-25
VT4=
=BC807-25
VD1…VD5=
=LL4148 R2 6,8 кОм±5% R7 120 Ом±5% R3 6,8 кОм±5% R8 120 Ом±5% Uкб=50 В Uкб=50 В Uкб=40 В R4 2 кОм±5% R9 120 Ом±5% P=1 Вт P=1 Вт P=1 Вт R5 6,8 кОм±5% C1 270 пФ±20% I=20 мА I=25 мА I=25 мА
Таблица 2. НазначениевыводовОбозначение 1 2 3 4 5 6 7 Назначение RX_BC GND -12_IN TX_X TX ---- RAS_LAP Обозначение 8 9 10 11 12 13 14 Назначение +5V RTS_BC RX_X RX CTS_BC GTO_BC BC Контр. параметры I5=15 мА U5=4±0,5 B I13=10 мА U13=15±0,5 B
Рис.1 Схема электрическаяпринципиальная
Расчет режимовизготовления эпитаксиально-планарного транзистора
Расчет концентрацийпримеси в отдельных областях транзистора
Расчет концентрацийпримеси в отдельных областях транзистора с учетом заданного пробивногонапряжения.
Определяется изсоотношения:
/>
/> — напряжение пробоя перехода.
/> В/см – критическое значениенапряженности поля для кремния.
/> Кл – заряд электрона.
/> - относительная диэлектрическаяпроницаемость (для кремния 12).
/>Ф/см – абсолютная диэлектрическаяпроницаемость.
N – концентрация примесина слаболегированной стороне перехода, которую надо отнести к наиболее опасномусечению, т.е. к поверхности.
Усредненная />, если />, а />.
а) Концентрация примесина поверхности подложки: Uк-п Uк-б Uб-э VT1…VT3 60 50 5
/>, при Uпр к-п = 60 В
б) Поверхностнаяконцентрация примеси в коллекторе:
/>, при Uпр к-б = 50 В.
в) Поверхностнаяконцентрация примеси в базе:
/>, при Uпр б-э = 5 В.
Окончательно:
/>
/>
/> VT1…VT3
/>
/>
/>
Для дальнейших расчетоввыберем транзистор VT5 и примем его за базовый элемент нашей ИМС.
Расчет режимов диффузиибазовой области.
При двухстадийнойдиффузии распределение примеси подсчитывается по закону Гаусса:
/>,
где N – концентрацияпримеси, />.
Q – поверхностнаяконцентрация примеси, />.
/> - диффузионная длина.
Учитывая, что коллекторлегирован равномерно и зная концентрацию примеси на поверхности базы и подпереходом Б-К (на глубине />), можно записать:
1) при Х = 0: />
/>(1)
2) при />: />(2)
/>,
где /> – коэффициент диффузиина этапе разгонки базы />.
/> – время процесса разгонки базы.
/> – доза легирования базы />.
Из (1) и (2) получим: />;
/>
Задаемся температуройразгонки базы: />
/>
Рис. 2. Температурнаязависимость коэффициента диффузии: /> и /> - исходная и поверхностнаяконцентрация примеси, />
Из графика /> находим />, а />.
Из (1) />
Для этапа загонки примесив базу можно записать:
/> />, тогда />
Примем температурузагонки базы /> и из графика />. /> /> мин.
Окончательно: />, />, />, />, />, /> мин, /> мин.
Расчет режимов диффузииэмиттерной области.
Определим концентрациюпримеси на уровне перехода Э-Б />.
/>;
/>; где />; />.
Полагая длявысоколегированного эмиттера, что />, а />, то />, т.к. />.
Для определения /> воспользуемсятребованием высокой проводимости эмиттера, которая должна иметь удельное поверхностноесопротивление /> Ом. Примем />. Тогда />.
/>
Рис. 3. Зависимостьудельного сопротивления Si от концентрации примеси при температуре />
Из графика /> приближенно определимконцентрацию примеси в эмиттере />
/>
Рис. 4. Зависимостьподвижности электронов от концентрации доноров в кремнии
Из графика /> />.
Тогда />
Поделим /> на />, />.
/>
Рис. 5. Графики дляопределения параметра Dt в эмиттерной области (этап разгонки)
Из графика /> получим />
Концентрация примесидоноров в эмиттере /> />. Пусть />, />
Из графиков />, />
Отсюда /> Доза легирования впроцессе загонки определяется по формуле /> Отсюда для процесса загонкипримеси в эмиттер />(5)
Полагая /> />(6).
При /> /> по графику />, />. Из (6) />
Окончательно: /> />; /> />; /> />;
/> />; />.
Расчет поверхностногосопротивления областей транзисторов
Для контроля ипроектирования диффузионных резисторов необходимо знать величины поверхностныхсопротивлений областей транзистора, которые определяются по формуле: />.
1) Определимповерхностное сопротивление коллектора: /> по графику />, при />
Для равномернолегированного кремния />.
2) Определимповерхностное сопротивление базовой области: /> где /> - средняя концентрация введеннойпримеси; />/> приравномерно легированном коллекторе />, /> – подвижность дырок в областибазы, /> –суммарная концентрация примеси на глубине /> />.
/>
Рис. 6. Зависимостьподвижности электронов от концентрации доноров в кремнии при />
/>
Рис. 7. Зависимостьподвижности дырок от концентрации акцепторов в кремнии при />
Из графика /> />, тогда />, />
3) Определимповерхностное сопротивление эмиттерной области:
/>;
Для диффузионныхобластей, где распределение примеси неравномерно по глубине, разностьконцентраций должна иметь смысл средней концентрации, нескомпенсированнойпримеси />,найденной в пределах />. />, где /> – полная концентрация веденнойпримеси. /> />
/> – средняя концентрация р — примеси до />.
Находим /> также как и />, только берем />, />, /> и />.
/>
Получим, что
/> />/>.
По графику /> при /> />, тогда /> />.
Окончательно: />; /> />
Топологический расчет транзистора
Цель топологическогорасчета – получение в плане минимально возможных размеров областей транзистора,которые зависят от мощности рассчитываемой транзистором и следующимитопологическими ограничениями.
а) Минимальный размерэлемента топологического рисунка аmin обусловленный разрешающей способностьюпроцесса фотографии (4мкм).
б) Максимальноеотклонение размера элемента рисунка ±∆1 = 0,5 мкм обусловлены погрешностями размеровэлементов рисунков фотошаблона и погрешностями размеров на операцияхэкспонирования и травления.
в) Погрешностями смещения±∆2 = ±2 мкм.
г) Боковая диффузияпримеси под маскирующий окисел.
При высоких уровнях токарезко проявляется эффект оттеснения эмиттерного тока. Поэтому токонесущаяспособность транзистора определяется не площадью эмиттера, а периметром. Отсюдапри проектировании эмиттера необходимо обеспечить максимальное отношениепериметра к площади.
Рассчет эмиттернойобласти
Размер окна подэмиттерный контакт lЭКмин =аmin = 4мкм.
Примем lЭК = 10мкм
Размер проводника надэммитером:
/>
Рис.8
lЭП ³ lЭК + 2 ∆2+2 ∆1 = 15мкм.
При дальнейшем расчетенеобходимо учесть следующие требования:
а) Расчет вести нанаиболее неблагодарное сочетание погрешностей;
б) Отсутствие перекрытияперехода кромкой проводника (уменьшение паразитной емкости);
в) Полное заполнениеметаллом окна под контакт;
г) Расстояние междубоковыми переходами смежных областей равно диффузионной длине не основныхносителей.
/>
Рис.9
Учитывая условие б)имеем:
lЭ = lЭП +2∙∆l+ 2 ∙∆2=15 + 1 + 4 = 20 мкм
Размер окна под диффузиюэммитерной области:
lОЭ = lЭ – 2 ∙Хпер(Э-Б)= 20 – 4 = 16 мкм.
Периметр эмиттернойобласти можно определить по формуле:
П = 6 ∙ JЭ1 = 2 ∙l Э1 + 2 ∙ l Э2 (в мкм) (*)
Jэ – максимальный токэмиттерной области, мА.
l Э1, l Э2 – длина иширина эмиттерной области, мкм.
l Э1min =amin=2XперЭ-Б=4+4=8 мкм
Примем l Э1 = 25 мкм;
Из формулы (*): /> мкм; при JЭ=20 мА.
Окончательно: l ЭП =15мкм; lЭК = 10 мкм;
lОЭ = 16 мкм; lЭ=20 мкм;
Расчет размеров базовой области
Топологический расчетбазовой области сводится к определению расстояния между переходами в местерасположения базового контакта dБ1
и расстояния dБ2 научастках, где нет контакта.
Размер окна под базовыйконтакт lБК≥ 2аmin.
Размер базового проводника
lБПмин = lБК + 2∙∆1+ 2∙∆2=8 +1 + 4 = 13 мкм.
Примем lБП=17,5
Учитывая требования б),размер между переходами Э-Б и Б-К, где есть базовый контакт:
dБ1= lБП+2∙∆1+2∙∆2+аmin=17,5 + 1 + 4 + 4 = 26,5 мкм.
/>
Рис.10
Размер между переходамиЭ-Б и Б-К со стороны, где нет базового контакта
/>
Рис.11
При соблюдении требованияг) {lПБ = 4 мкм.}
dБ2 = lПБ + ∆1 + ∆2= 6.5 мкм. Примем dБ2 = 7 мкм.
Определим большую сторонубазовой области:
lБ1 = lЭ + dБ1 + dБ2 = 25+ 26,5 + 7 = 58,5 мкм.
Определим размер меньшей стороныбазовой области:
lБ2 = lЭ + 2 ∙ dб2=25 + 14 = 39 мкм.
Размеры окна под диффузиюбазы:
lБО1 = lБ1 – 2∙Хпер.(Б-К)= 52,5 мкм.
lБО2 = lБ2 – 2∙Хпер.(Б-К)= 33 мкм.
Окончательно: lБК = 8мкм; lБ2= 39 мкм. lБО1= 52,5 мкм.
lБП= 17,5 мкм. lБ1= 58,5мкм. lБО2= 33 мкм.
Расчет размеровколлекторной области
Размер окна подколлекторный контакт примем:
lon+ = lКК = 2аmin = 8мкм.
Тогда размерколлекторного проводника:
lКП = lКК + 2 ∙ ∆1+ 2 ∙ ∆2 = 13 мкм.
а размер между переходамиК-П и Б-К в стороне контакта:
dК1 = lКП + 2 ∙ ∆1+ 2 ∙ ∆2 + аmin = 22 мкм.
Размер между переходамиК-П и К-Б в стороне, где нет контакта, но есть n+-область:
ln+ = lоn+ +2 ∙Хпер.(Б-Э)= 8 + 4 = 12 мкм.
dK2 = ln+ + 2 ∙ ∆1+ 2 ∙ ∆2= 12+ 1 + 4 = 17 мкм.
/>
Рис.12
Размер большой стороныколлекторной области:
lK1 = lБ1 + dК2 + dК1=58,5+ 39 = 97,5 мкм.
lК2 = lБ2 + 2∙dК2= 67+39 = 106 мкм.
Размер окна подразделительную диффузию примем lор = аmin = 4 мкм.
Тогда размер междуколлекторными областями в плане (ширина изолирующего канала):
B = lOP + 2∙Хпер(К-П)=4+ 2 ∙ 2 = 8 мкм.
Окончательно: lКК = 8 мкмlК2 = 97,5 мкм ln+ = 12 мкм lOP = 4 мкм
lКП= 13 мкм lК1= 106 мкм в= 8 мкм
Расчет геометрических размеров резисторов
Расчет геометрическихразмеров интегрального полупроводникового резистора начинают с определения егоширины. За расчетную ширину b резистора принимают значение, которое не меньшенаибольшего значения одной из трех величин: bтехн, bточн, bр, т.е. />, где bтехн — минимальная ширина резистора, определяемая разрешающей способностьютехнологических процессов (4 мкм); bточн — минимальная ширина резистора, прикоторой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров; bр — минимальная ширина резистора, определяемая из максимально допустимой мощностирассеяния.
Расчет геометрическихразмеров резистора R1-R3, R5, R6 (Б.О.):
/>
/>;/>
/>;/>
/>
/>где />
/> />
/>
Расчет геометрическихразмеров резистора R4(Б.О.):
/>
/>;/>
/>;/>
/>
/>где />
/> />
/>
Расчет геометрическихразмеров резистора R7-9(Б.О.):
/>
/>;/>
/>;/>
/>
/>где />
/> />
/>
Расчет геометрических размеров конденсаторов
/>
Рис.13
Тип конденсаторов выберемна основе базово-коллекторного перехода, т.к. он обладает высокой добротностью,достаточным пробивным напряжением и средней удельной емкостью
/>/>
/>
Расчет топологии полупроводникового кристалла
1. Определим площадь,занимаемую элементами на кристалле. Площадь, занимаемая активными элементами:
/>,
где /> - площадь одноготранзистора; />n – число активных элементов.
2. Определим площадь поддиоды:
/>
где /> - площадь одного диода;
3. Определим площадь подрезисторы:
/>
где m – число резисторов.
3. Определим площадь подконденсаторы:
/>
4. Площадь активной зоны:К – коэффициент запаса, зависит от плотности разводки металлизации.
/> />
Процесс сборки упрощаетсяпри квадратной форме кристалла:
/>
Интегральная схема 13выводов (контактных площадок). При термокомпрессии проводом 28 мкм ширинаплощадки будет равна />, где D – диаметр проволоки; K –коэффициент, равный /> отсюда /> с запасом 100 мкм. Расстояниемежду центрами контактных площадок не менее 200 мкм. Линия скрайбирования дляуменьшения вероятности скола взята шириной 100 мкм.
Примечания:
1. Проводникиметаллизации алюминием выполняются толщиной 1 мкм. Ширина проводникаопределяется из соотношения /> (находится в пределах 10:20 мкм).
2. Нумерация выводов накристалле может начинаться с любого угла и должна идти по порядку (по часовойстрелке).
3. В случае пересечения –выполнять его над резистором, кроме проводников питания, которые над резисторомвыполнять не рекомендуется.
Пример выполненияпересечения над резистором:
/>
Рис.14
Технологическиепроцесс изготовления ИМСА 005 Комплектование Б Комплектовочный стол О
Формировать партию пластин.
Уложить в тару цеховую. А 010 Гидромеханическая отмывка пластин Б Ванна с раствором ситанола АЛМ-10 О Операция выполняется в растворе ситанола АЛМ-10 в деионизированной воде с помощью щеток для удаления механических загрязнений и увеличения смачиваемости поверхности пластин. А 015 Химическая обработка Б Оборудование — линия “Лада-125” О Обработка пластин смесью Каро (H2SO4+H2O2) и перикисьно-амиачной смесью для удаления любых органических загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин при температуре 90 ºС. А 020 Сушка Б Сушильный шкаф О Операция проводится сначала в парах этилового спирта, а затем в потоке горячего осушенного азота в центрифуге при частоте обращения 20000 оборотов в минуту. А 025 Окисление Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О
Окисление проводится в два этапа:
— газовая полировка(проводится в специальных печах);
устанавливается нужное распределение температуры и печи с потоком азота;
устанавливается поток газа-носителя (водород, 8 л/мин; печь с
внутренним диаметром трубы 35 мм), а поток азота перекрывается;
вносят лодочку с пластинами и выжидают 5 мин до установления теплового равновесия;
к газу-носителю добавляют требуемый поток хлористого водорода;
полируют в течение 10 мин (обычная продолжительность полировки);
прекращают поток НСl и вынимают пластины.
Скорость полировки зависит от температуры и концентрации хлористого водорода. Удельное сопротивление, тип проводимости и поверхностная обработка кремния не оказывают заметного влияния на скорость полировки.
Качество полировки связано с чистотой хлористого водорода. В выпускаемом промышленностью хлористом водороде иногда присутствует ацетилен; это нежелательно, поскольку приводит к образованию матовых поверхностей.
Нежелательным является также наличие двуокиси углерода и воды.
— Окисление
От газовой полировки можно переходить сразу к процессу
окисления простым изменением состава газового потока. При этом не
требуется вынимать пластины из печи. Для быстрого получения качественной плёнки, окисление производят сначала в сухом кислороде для формирования пленки, затем длительно окисляют во влажном кислороде и окончательной стадией является формовка окисла в сухом кислороде. А 030 Первая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
С использованием фотолитографии проводится легирование локальных областей подложки с целью создания скрытых слоёв
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот.
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. А 035 Диффузия бором, I стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О При диффузии в качестве источника диффузанта используется ВВrз. Диффузия проводится в две стадии. Первый этап двухстадийной диффузии, для создания поверхностного слоя легирующей примеси повышенной концентрации – источника примеси для второго этапа. Проводится при температуре 960ºС в течение 40 мин. А 040 Снятие боросиликатного стекла Б Установка “08 ПХО 100Т-001” О С поверхности кремния удаляется боросиликатное стекло mВ2О3nSiO2. Для травления используется плавиковая кислота HF. А 045 Диффузия бором, II стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О Разгонка бора и формирование области скрытого слоя. Боковая диффузия составляет 5,2 мкм. Общее увеличение размера рисунка на пластине относительно фотошаблона ∆l=6 мкм. Для разгонки примеси пластины подвергают высокотемпературному нагреву, которым одновременно осуществляется и отжиг. Во время разгонки происходит окисление кремния. А 050 Эпитаксия Б Установка эпитаксиального наращивания для индивидуальной обработки подложек – ЕТМ 150/200-0,1 О Наращивание на поверхность пластины эпитаксиальной плёнки n-типа толщиной 9 мкм. А 055 Окисление Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О
Операция проводится в потоке хлороводорода для получения пленки двуокиси кремния на поверхности полупроводниковых пластин, которая будет использоваться в качестве маски в процессе диффузии. Толщина получаемого окисла 0,8 мкм.
На ней в процессе второй фотолитографии формируется защитная маска под локальную (разделительную) диффузию бора с целью создания изолирующих областей р-типа. Окисление проводится в потоке кислорода с изменением его влажности в три этапа: сухой — влажный — сухой. А 060 Вторая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Получение рисунка изолирующих областей.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот.
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. А 065 Разделительная диффузия бором, I стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О
В качестве источника диффузанта используется ВВr3. Диффузия проводится в две стадии.
Первый этап двухстадийной диффузии предназначен для создания поверхностного слоя легирующей примеси повышенной концентрации – источника примеси для второго этапа. Проводится при температуре 940ºС в течение 35 мин. А 070 Снятие боросиликатного стекла Б Установка “08 ПХО 100Т-001” О С поверхности кремния удаляется боросиликатное стекло mВ2О3nSiO2. Для травления используется плавиковая кислота HF. А 075 Разделительная диффузия бором, II стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О В процессе второй стадии диффузии, проводимой, в отличие от первой, в окислительной среде, создается новая пленка SiO2, выполняющая в дальнейшем не только маскирующие, но и защитные функции. После разделительной диффузии образуются диффузионные слои р-типа с сопротивлением 2… 12 Ом/□. Второй этап двухстадийной диффузии – перераспределение примеси на определенную глубину (формирование области разделения). Проводится при температуре 1050ºС с одновременным термическим оксидированием в течение 24 мин. А 080 Третья фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Аналогично операции 060.
Используется набор фотошаблонов для получения рисунка базовых областей n-p-n транзисторов, конденсаторов и р-кармана для изготовления резисторов (без снятия ф/р). Увеличение размера на пластине относительно фотошаблона ∆l=0,6 мкм.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот.
Травление двуокиси кремния.
Удаление пленки окисла из полученных окон для последующего процесса ионной имплантации примеси с помощью буферного травителя: HF: NH4F: H2O=1:3:7
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. А 085 Химическая обработка Б Автомат химической обработки полупроводниковых пластин АФОП О Операция проводится кипячением в смеси NH4OH: H2О: H2О2 (1:1:1) и промывкой в деонизированной воде. А 090 Диффузия бором, I стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О
Аналогично операции 065.
Для создания транзисторной структуры в качестве источников диффузантов используются ВВг3 и РС13 (или РОС13). Диффузионный процесс получения базовой области проводится также в две стадии.
На первой стадии создается сильно легированный тонкий слой р+-типа с сопротивлением около 90 Ом/. Температура 800ºС, время 52 мин. А 095 Снятие боросиликатного стекла Б Установка “08 ПХО 100Т-001” О На этой стадии для удаления боросиликатного стекла используется химическое травление в растворе следующего состава: 10 частей HNO3, 15 частей HF и 300 частей Н2О. Этот раствор с высокой скоростью травит боросиликатное и фосфоросиликатное стекла, практически не разрушая SiO2. А 100 Диффузия бором, II стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О Вторая стадия диффузии, в процессе которой толщина слоя увеличивается до 1,8… 2,2 мкм, а его удельное сопротивление (в результате перераспределения бора) повышается до 170… 330 Ом/. Поскольку вторая стадия проводится в окислительной среде, на поверхности кремния образуется пленка SiO2 толщиной около 0,4 мкм. Температура 1000ºС, время 255 мин. А 105 Четвертая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Аналогично операции 060.
Используется набор фотошаблонов для получения рисунка эмиттерных областей транзисторов, а также областей n+ конденсаторов. На ее основе формируется маска для проведения локальной диффузии при создании эмиттерной области. Толщина диффузионного эмиттерного сдоя 1,0...1,4 мкм, удельное сопротивление слоя 3… 5 Ом/.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот.
Травление двуокиси кремния.
Удаление пленки окисла из полученных окон для последующего процесса ионной имплантации примеси с помощью буферного травителя: HF: NH4F: H2O=1:3:7
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске. А 110 Химическая обработка Б Автомат химической обработки полупроводниковых пластин АФОП О Операция проводится кипячением в смеси NH4OH: H2О: H2О2 (1:1:1) и промывкой в деионизированной воде. А 115 Диффузия фосфором, I стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О
Аналогично операции 065.
Для создания транзисторной структуры в качестве источников диффузантов используется РС13. Диффузионный процесс получения эммитерной области проводится также в две стадии.
Первый этап двустадийной диффузии для создания поверхностного слоя повышенной концентрации легирующей примеси – источника примеси для второго этапа. Проводится при температуре 1050ºС в течение 20 мин. А 120 Диффузия фосфором, II стадия Б Диффузионная печь СДО-125/3-12 О Второй этап диффузии – «разгонка» фосфора. Проводится при температуре 1000ºС с одновременным термическим оксидированием в течение 22 мин. А 125 Пятая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Вскрытие контактных окон к соответствующим диффузионным областям.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси неорганических кислот.
Травление двуокиси кремния.
Удаление пленки окисла из полученных окон для последующего процесса ионной имплантации примеси с помощью буферного травителя: HF: NH4F: H2O=1:3:7
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске, произвести по виду А. А 130 Химическая обработка Б Автомат химической обработки полупроводниковых пластин АФОП О Операция проводится кипячением в смеси NH4OH: H2О: H2О2 (1:1:1) и промывкой в деионизированной воде. А 135 Напыление алюминия Б Установка “Магна 2М” О
Электрическая разводка создается напылением алюминия.
Проводится за счет приложения магнитного поля, с помощью Установки “Магна 2М”. Толщина слоя алюминия 1,2±0,1 мкм. А 140 Шестая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Фотолитография по пленке алюминия для создания рисунка разводки и контактных площадок.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности алюминия полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси органических кислот.
Травление алюминия.
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске, произвести по виду Б. А 145 Пассивация Б Вертикальный реактор с инфракрасным нагревателем установки осаждения УО-15. О Осаждение низкотемпературной пленки двуокиси кремния на всю поверхность полупроводниковой пластины. Операция проводится в среде азота при температуре 475ºС для растворения тонкой пленки двуокиси кремния. А 150 Седьмая фотолитография Б Установка нанесения фоторезиста НВ-100, линия “Лада-125” О
Фотолитография по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам.
Подготовка пластин к нанесению фоторезиста.
Обработка пластин в парах трихлорэтилена для улучшения адгезии маски к поверхности пластины, удаления жировых плёнок и других органических соединений.
Нанесение фоторезиста дискретное.
Получение равномерного слоя фоторезиста на поверхности алюминия полупроводниковых пластин толщиной 1,1 мкм, с предварительной фильтрацией используемого фоторезиста ФП-383 на установке нанесения НВ-100.
Экспонирование ультрафиолетовым лучом контактное.
Операция переноса изображения с фотошаблона на полученный ранее слой фоторезиста.
Проявление и термообработка фотослоя.
Операция превращения засвеченных участков фотослоя в растворимую соль, с использованием 5%-го раствора гидроокиси калия в качестве проявителя. Последующая термообработка проводится в два этапа:
1-й этап: 30 минут при температуре 90ºС.
2-й этап: 60 минут при температуре 150ºС
Контроль горизонтальных размеров рисунка.
Удаление фоторезиста в смеси органических кислот.
Травление пленки двуокиси кремния.
Контроль фотолитографии.
Контроль ухода линейных размеров полученного рисунка по отношению к маске, произвести по виду А. А 155 Контроль электрических параметров микросхемы. Б Установки: система измерительная Н2001 (“Интеграл”); зонд измерительный ОМ6010; О
Настроить зонд по расположению контактных площадок на кристалле.
Провести контроль токов I5=15 мА, I13 =10 мА и напряжений U5=4±0,5 B, U13=15±0,5 B на 5й и 13й контактных площадках соответственно.
В случае если параметры кристалла не соответствуют нормам, он закапывается специальными магнитными чернилами. А 160 Скрайбирование Б Установка скрайбирования «ЭМ-210», микроскоп «ММУ-3», полуавтомат «ПЛП-3». О
Для разделения пластин на кристалы используется лазерное скрайбирование, для данного метода необходим твердотельный лазер (оптический квантовый генератор ОКГ) активный элемент которого, выполнен из алюминиевого граната с примесью неодима (АИГ:Nd), а длина волны составляет 1,06 мкм.
На пластины наносят на центрифуге защитное покрытие для предохранения структур от повреждения.
Пластины закрепляют вакуумным прижимом на столе установке
Проводят скрайбирование, Скорость скрайбирования в
пределах от 100 до 200 мм /сек. Скрайбирование целесообразно производить на установке ЭМ-210, позволяющей скрайбировать пластины диаметром 100 мм и толщиной 460 мкм за 3 прохода при скорости скрайбирования 120 мм/сек и глубине 100 мкм /проход
Контроль качества скрайбирования производится при помощи микроскопа ММУ-3.
Осуществляют разламывание пластин на кристаллы, на полуавтомате ПЛП-3. При этом необходимо соблюдать следующие режимы: сила нажатия на пластины должна быть в пределах от 100 до 1500 Н, а скорость движения ленты с пластиной порядка 40 мм/сек. А 165 Контроль Б Микроскоп «ММУ-3» О
Контроль кристаллов производится при помощи микроскопа ММУ-3.
Кристаллы, закапанные магнитными чернилами удалить. А 170 Сборка Б Установка термокомпрессионной сварки «ЭМ-439М» О
Кристалл крепить к ситалловой подложке клеем ВК-32-200.
Положку с кристаллом крепить к выводной рамке клеем ВК-32-200.
Разваривать выводы кристалла с помощью алюминиевой проволоки к выводной рамке методом термокомпресии. А 175 Маркировка Б Маркировочный стол О Маркировать серийный номер микросхемы краской
Биполярные микросхемы с изоляцией р-п переходом
Структура биполярноготранзистора микросхемы рассмотрена на рис.15. Схема технологического процессапредставлена в графической части (лист – 3).
/>
Рис.15. Упрощенная структуракристалла
Заключение
В данной работепроизведен анализ функционирования ИМС, рассчитаны элементы схемы и разработанытопология кристалла и конструкция микросхемы, что позволяет изготовить рабочиефотошаблоны.
Разработантехнологический процесс изготовления кристалла. При разработке технологическогопроцесса большое внимание обращалось на безопасность труда и уменьшение влияниятехпроцессов на окружающую среду.
Список литературы
Коледов Л.А. — Конструирование итехнология микросхем.М.: Высшая школа, 1984.
А.В. Нефедов, В.И. Гордеева –Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналогии, М.: Радио исвязь, 1990.
Пономарев М.Ф. « Конструкция и расчетмикросхем и микроэлементов ЭВА» М: Радио и связь, 1982г.
Агахонян Г.М. « Интегральныемикросхемы » М: Энергоатомиздат, 1983г.
Коледов Л.А. «Технология иконструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок» М: Радио и связь, 1989г.