Основные технологические группы процессов в производстве электронных средств. Пучки атомных частиц, излучения и поля в качестве инструмента в технологиях электронного машиностроения

0. Введение

Основные технологические группы процессов в производстве ЭС: нанесение и модификация материалов, удаление материалов и получение заданной  конфигурации технологических структурных элементов микросхем, в том числе полупроводниковая технология, пленочная технология, микролитография, технология изготовления, сборки и монтажа конструктивно-технологических элементов ЭС. Использование современных достижений физики и химии в технологии производства ЭС: электрон­ные, ионные, атомные, лазерные, фотонные пучки, плазма, плазмохимия.

Электроника является основой совре­менного научно-технического прогресса. Она обладает самыми высокими темпами развития научных исследований, разработки техноло­гий, расширения номенклатуры и объемов промышленного выпуска ИЭТ.

Научные исследования в электронике ох­ватывают широкий круг явлений, связанных с электронными и ионными процессами в ва­кууме, газовых и жидких средах, твердых телах и на границе раздела сред, а также оптоэлектронными фотонными явлениями, глубоким изучением свойств вещества под действием сверхвысоких магнитных и электрических полей, электромагнитных полей сверхвысоких частот, квантово размерных дефектов, явлений сверхпроводимости и т.д.

Технологии электроники основаны на использовании процессов получения монокристаллических и сверхчистых материалов, пре­цизионной размерной обработки их в контро­лируемых технологических средах с обеспече­нием низкого уровня вносимых загрязнений и дефектов, последовательным формированием физической структуры ИЭТ с высокой вос­производимостью характеристик, заданным уровнем качества и надежности.

Специфика электронных технологий со­стоит в строгой детерминации последователь­ности технологических операций, необходимо­сти вести высокоточную и бездефектную обра­ботку, так как для большинства типов ИЭТ возникновение хотя бы одного случайного дефекта в процессе изготовления ведет к не­устранимому браку.

Технологическая обработка, как правило, проводится в специальных технологических помещениях - чистых комнатах, что снижает вероятность образования дефектов или загряз­нений ИЭТ путем создания очищающих кон­диционных технологических сред, защиты обрабатываемого изделия от загрязняющего воздействия оператора с помощью специаль­ного оборудования.

Необходимость обеспечения массового производства ИЭТ требует создания высоко­производительного надежного автоматизиро­ванного специального технологического обо­рудования (СТО), которое работает на самых различных принципах в широком диапазоне измерения физических параметров: от гелие­вых температур до 1600–1700 К; от давлений 10^-9 до 10⁹ Па; от перемещений на расстояния в несколько атомных слоев до десятков метров и т.д.

Высокие темпы развития электронных технологий (средний срок разработки принци­пиально новых технологий составляет около 5–6 лет, срок "жизни" технологий не превы­шает 15 лет) существенным образом сказыва­ются и на темпах смены поколений техноло­гического оборудования. Существует довольно значительная разница потребности в смене оборудования в отдельных отраслях электро­ники, и она, в первую очередь, обусловлена степенью специализации оборудования.

Поддержание необходимого технологиче­ского уровня, например, в микроэлектронном производстве, по опыту зарубежных фирм, тре­бует смены основного парка специального техно­логического оборудования через 4–5 лет.

Технологический процесс создания ИЭТ характеризуется специфическими требования­ми к оборудованию, материалам, условиям проведения операции обработки и методам контроля.

Основу ИЭТ составляют интегральные микросхемы (ИС).

Технологический процесс изготовления ИС включает большое число операций (до нескольких со­тен) и представляют совокупность различных методов обработки: механических, химиче­ских, термических, оптических, плазменных и др. Технологический маршрут можно разде­лить на три этапа, объединяющие входящие в них операции в самостоятельные технологиче­ские процессы.

Первый этап – заготовительные опера­ции: ориентация монокристаллических слит­ков, резка их, шлифование, полирование и очистка пластин.

Второй этап объединяет опе­рации, обеспечивающие формирование мик­роструктур ИС: эпитаксию, диффузию, окис­ление, имплантацию, литографию, осаждение слоев из газовой фазы и в вакууме. Большин­ство из этих операций повторяется по не­сколько раз в технологическом процессе изго­товления ИС.

Третий этап – монтажно-сборочные опе­рации: разделение пластин на кристаллы, ус­тановка в корпус, монтаж выводов, герметиза­ция, испытания, маркировка и упаковка.

Каждый из этих этапов включает, кроме указанных, различные контрольные операции, обеспечивающие отбраковку изделий, кон­троль за ходом технологического процесса и проверку на функционирование.

Основная часть производственного цик­ла – формирование микроструктур ИС – наи­более полно характеризует особенности мето­дов обработки в электронном машинострое­нии. Несмотря на многообразие различных по своей природе операций этого этапа, они имеют ряд общих особенностей.