Технологические аспекты производства современных интегральных микросхем. Технологические маршруты и процессы изготовления ИМС

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА

СОВРЕМЕННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ 

Лекция 1 (часть 1)

Введение

1.1. Знакомство с группой 

1.2. Программа, цели и задачи занятий

1.3. Вводные определения

1.4. Технологические маршруты и процессы изготовления ИМС 

1.5. Прогресс ИМС

1.6. Основные технологические изменения в ходе прогресса ИМС 1.7. Анализ поперечного сечения структур ИМС

***

1.1. Знакомство с группой 

Преподаватель: доктор химических наук, проф. Владислав Юрьевич Васильев 

Контактный тел/факс: 210-05-33; е-мейл: vasiliev@sib-is.ru

1.2. Программа, цели и задачи занятий Программа рассчитана на 3 занятия. 

Цель занятий: ознакомление студентов с особенностями, физикохимическими основами и тенденциями развития технологических процессов современных кремниевых интегральных микросхем.

Задачи занятий: 

-  знакомство студентов с терминологией и основными определениями;

-  углубленное изучение физико-химических основ, аппаратуры, методологии и технологических процессов получения и свойств тонкослойных материалов; изучение физико-химических основ процессов обработки и модификации тонкослойных материалов; 

-  обзор основных направлений технологии кремниевых ИМС. 

1.3. Вводные определения

Микроэлектроника – раздел электроники, занимающейся разработкой, изготовлением и использованием интегральных микросхем (ИМС), т.е. устройств, имеющих минимально возможные габариты и высокую надёжность,

изготавливаемых на основе интегрально-групповой технологии. 

Интегральная технология – изготовление большего числа изделий в едином технологическом процессе.

Групповая технология – изготовление большего числа изделий с использованием малого числа технологических процессов.

Микроэлектронику подразделяют на интегральную электронику и функциональную электронику.  Интегральная электроника - обобщает сведения о принципе действия, конструирования и изготовления ИМС, в составе которых собрано большое число транзисторов, резисторов и других элементов, выполненных на одном кристалле в едином технологическом процессе. Носителем информации в интегральной электронике служит электрический ток или разность электрических потенциалов.

Основой ИМС служат кристаллы кремния или, например, арсенид галлия. Однако на сегодняшний день  более 90% ИМС изготавливаются на основе кремния. Рассматриваемые нами ИМС называют также монолитными, твердотельными, полупроводниковыми ИМС. 

Кремниевая основа ИМС представляет собой круглую пластину (подложку) диаметром до 300 мм толщиной  200-500 мкм. Ее изготавливают путем резки слитка (були) особо чистого монокристаллического кремния (с определенным содержанием легирующих примесей  фосфора или бора) на диски с последующей шлифовкой и полировкой. Наиболее востребованы пластин с кристаллографической ориентацией <100>. Пластины изготавливаются специализированными предприятиями и поставляются на предприятия микроэлектроники “под заказ”. В настоящее время серийное производства ИМС ведется на пластинах диаметром 200 мм и несколько лет назад начато на пластинах диаметром 300 мм. Технология изготовления ИМС включает изготовление пластин с кристаллами (чипами, chips), разделение готовой пластины на отдельные чипы (скрайбирование, резка), монтаж чипа в корпус (сборка) и контроль параметров готовой ИМС (измерения и испытания), см. рис.1.1. 

Пластина (wafer, substrate)

Групповая технология

Пластина с чипами

Скрайбирование

Кристалл (chip)

Сборка (корпусирование)

Прибор (device, circuit)

                                                        (а)                                                                                     (б)

     Рис.1.1. Укрупненные процессы изготовления ИМС (а) и пластины кремния с чипами (б).

1.4. Технологические маршруты и процессы изготовления ИМС 

В производстве ИМС используются различные технологические процессы (processes) групповой технологии, основанные на физико-химических явлениях. Например, для изготовления простейших кремниевых твердотельных интегральных микросхем на подложках используют процессы химической очистки, термического окисления, диффузии, напыления, финишной пассивации. Определенная последовательность (перечень) технологических процессов, необходимая для получения желаемого результата, называется технологическим маршрутом (process flow), рис.1.2(а).