Современные технологии в микроэлектроники

Структура и содержание дисциплины Раздел 1. «Основные положения микроэлектроники». Интегральная микросхема, классификация интегральных микросхем Раздел 2. «Пленочные интегральные микросхемы». Элементы тонкопленочных интегральных микросхем (ТП ИМС). Типовые технологические процессы изготовления ТП ИМС. Толстопленочные ИМС. Раздел 3. «Полупроводниковые интегральные микросхемы». Общие положения зонной теории твердых тел. Элементы полупроводниковых интегральных микросхем (ПП ИМС). Типовые технологические процессы изготовления ПП ИМС.

Рейтинг Контрольная работа 1 – 10 б. Контрольная работа 2 – 10 б. Индивидуальное задание – 10 б. Реферат - 8 б. Практические занятия – 12 б. Лабораторные работы – 10 б. Итого – 60 б.

Литература 1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: учебное пособие для вузов / И. П. Степаненко. 2- е изд. М.: Лаборатория Базовых Знаний, с. 2.Дюваль, Пьер. Высоковакуумное производство в микроэлектронной промышленности: пер. с англ. / П. Дюваль. М.: Мир, с. 3. Аваев Н.А. Основы микроэлектроники: учебное пособие / Н. А. Аваев, Ю. Е. Наумов, В. Т. Фролкин. М.: Радио и связь, с. 4.Готра, З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: справочник / З. Ю. Готра. М.: Радио и связь, с. 5. Агаханян Т. М. Интегральные микросхемы: учебное пособие / Т. М. Агаханян. М.: Энергоатомиздат, с. 6. Основы микроэлектроники: учебник / И. Е. Ефимов, И. Я. Козырь. 3-е изд., стер. СПб.: Лань, с. 7. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники: учебное пособие / Г. И. Епифанов. М.: Советское радио, с. 8. Парфенов О.Д. Технология микросхем: учебное пособие / О. Д. Парфенов. М.: Высшая школа, с. 9. Плазменная технология в производстве СБИС: пер. с англ. / под ред. Н. Айнспрука, Д. Брауна. М.: Мир, с.

Электроника – это область науки, техники и производства, охватывающая исследование и разработку электронных приборов и принципов их использования. Микроэлектроника – это раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных приборов – интегральных микросхем – и принципов их применения. Интегральная микросхема (ИМС) - совокупность большого количества взаимосвязанных компонентов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п.), изготовленная в едином технологическом цикле (т.е. одновременно), на одной и той же несущей конструкции – подложке – и выполняющая определенную функцию преобразования информации. Элемент – это часть ИМС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (транзистора, диода, резистора, конденсатора, катушки индуктивности), которая не может быть выделена как самостоятельное изделие. Компонент – это часть ИМС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие. Компоненты изготавливаются отдельно от ИМС и устанавливаются на подложку при изготовлении ИМС.

Рис. 1 – Иллюстрация изготовления простейшей ИС: а) – кремниевая пластина с «комплектами» из 2 транзисторов, диода и резистора б) – межсоединения элементов внутри «комплекта» в) – готовая ИС в корпусе

Степень интеграции Показателем сложности микросхемы является степень интеграции K, которая характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов N: K=lgN, где K округляется до ближайшего большего целого числа. Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые микросхемы, затем тонкопленочные и, наконец, толстопленочные (в том числе, гибридные). В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем: малая интегральная схема (МИС) до 100 элементов в кристалле, средняя интегральная схема (СИС) до 1000 элементов в кристалле, большая интегральная схема (БИС) до 10 тыс. элементов в кристалле, сверхбольшая интегральная схема (СБИС) более 10 тыс. элементов в кристалле.

Классификация интегральных микросхем 1) По конструктивному исполнению ИМС делят на корпусные и бескорпусные.

2) По конструктивно-технологическому признаку различают полупроводниковые, гибридные и прочие (пленочные, керамические и т.д.) ИМС. Полупроводниковая ИМС – это микросхема, элементы который выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники.

Пленочная ИМС – это микросхема, элементы которой выполнены в виде разного рода пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки. Поскольку до сих пор никакая комбинация напыленных пленок не позволяет получить активные элементы типа транзисторов, пленочные ИМС содержат только пассивные элементы.

Гибридная ИС (ГИС) – это микросхема, которая представляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов и активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. Дискретные компоненты, входящие в состав ГИС, называют навесными.

Совмещенная ИС – это микросхема, у которой активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводникового кристалла, а пассивные нанесены в виде пленок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла. Необходимость создания совмещенных микросхем вызвана тем, что тонкопленочные резисторы по сравнению с полупроводниковыми обладают более высокими номиналами сопротивлений и точностью изготовления, меньшими величинами паразитных параметров, низким термическим коэффициентом сопротивления, а тонкопленочные конденсаторы, в отличие от полупроводниковых, могут работать при любой полярности.

По функциональному назначению все ИМС делятся на два класса: цифровые и аналоговые. Цифровые интегральные микросхемы (ЦИМС) предназначены для обработки информации, представленной в виде цифровых кодов. Характерной особенностью ЦИМС является то, что в виде цифровых кодов представлены и входные, и выходные сигналы. ЦИМС классифицируются по функциональному назначению, по способу представления двоичной информации, по типу логики, по электрическим, эксплуатационным и экономическим параметрам, по степени интеграции. Аналоговые интегральные микросхемы (АИМС) предназначены для обработки электрических сигналов, изменяющихся по законам непрерывных функций (аналоговых сигналов). Аналоговые сигналы представляют собой физические величины (напряжение, ток, частота колебаний и т.д.), мера которых отображает(кодирует) информацию. В зависимости от выполняемой функции аналоговые ИМС подразделяются на следующие классы: операционные усилители, инструментальные ИМС, радиочастотные ИМС, силовые ИМС.

Технологические среды 1. Чистые производственные помещения В производстве СБИС весьма актуальной задачей является проблема создания чистых производственных помещений, так как размеры элементов СБИС не более 30 мкм.

Требования к чистым производственным помещениям: к микроклимату помещений (запыленность воздушной среды, влажность, температура, скорости воздушных потоков, перепад давления в смежных помещениях); к технологическому оборудованию и оснастке (отсутствие вибрации, шума, открытых движущихся частей, использование специальных материалов и др.); к производственному персоналу (одежда, правила поведения в рабочих помещениях). Согласно стандарту ISO , разработанному Международной организацией стандартизации (ISO), чистое помещение – это помещение, в котором контролируется концентрация аэрозольных частиц и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, генерацию и накопление частиц внутри помещения, и в котором, при необходимости, контролируются другие параметры, например температура, влажность и давление.

Взаимосвязь классов чистоты помещений по ISO с концентрацией аэрозольных частиц и их размеров. В обозначении класса чистоты конкретного помещения указывается, при каких размерах частиц проведена аттестация помещения. Например, формулировка «Класс 4 ISO» (при 0,2 мкм) относится к воздуху, содержащему не более 2370 частиц/м 3 размером 0,2 мкм и не более 83 частиц/м 3 размером 1 мкм.

Существуют два основных типа чистых помещений, которые отличаются друг от друга способами обеспечения вентиляции. Это турбулентно вентилируемые чистые помещения и чистые помещения с однонаправленным потоком воздуха. На рисунке представлена конструкция чистого помещения, которая была популярна в последние годы.

Были спроектированы более дешевые чистые помещения, в которых сервисные коридоры, соответствующие более низкому классу чистоты, чередуются в виде «гребенки» с чистыми туннелями более высокого класса, где и происходит работа с продукцией (рис.).

Из диаграммы, приведенной на рис., видно, что проблема чистых помещений носит комплексный характер. Рис. Диаграмма основных источников микрочастиц пыли: П – обслуживающий персонал; ТП – технологический процесс; О – оборудование, оснастка, средства автоматизации; Г – газы и химикаты; В – воздушная среда