Reloj con disco duro de bricolaje. Reloj del disco duro. Conjunto mínimo de materiales y herramientas.
Todos, en un grado u otro, utilizamos tarjetas bancarias, sociales y SIM, por no hablar de los abonos de metro. Todos estos aparatos tienen algo en común: su funcionamiento se basa en un microchip. La microelectrónica es una de las industrias de mayor tecnología y conocimiento.
Más del 90% de las innovaciones que aparecen en el mundo se crean mediante el desarrollo de la microelectrónica.
Todos los microchips utilizados en Rusia nacen en un solo lugar: en la planta de Zelenograd "NIIME y Mikron", que forma parte del grupo de empresas SITRONICS Microelectronics.
La base de cualquier microcircuito o chip es el silicio.
El silicio se procesa en monocristal. Se corta en placas de dos hojas de papel de espesor y 750 micras de diámetro. La planta lo compra de esta forma.
Además, en la producción, en función de su finalidad posterior, la placa se procesa (alrededor de 200 a 300 operaciones) y se corta en trozos pequeños del mismo tamaño. En una oblea se colocan varias decenas de miles de chips con una estructura tridimensional.
Primero, la placa se limpia del polvo en agua ionizada y se trata con reactivos especiales. Luego se somete a un tratamiento térmico. Las placas con microchips se transportan en un contenedor smif. El recipiente protege las placas de
influencias externas y suciedad. Un contenedor SMIF es una pequeña “sala extra limpia”. Crearon una clase de pureza de 0,00 unidades por metro cúbico. El corazón de la fabricación microelectrónica es la sala limpia.
Proceso de producción
Continúa las 24 horas del día y no se detiene ni siquiera de noche. Casi todo el proceso de fabricación de microchips está automatizado, lo que reduce la necesidad de recursos humanos. El elemento más importante y fundamental en la planta es la limpieza. Para un microchip, cualquier mota de polvo es lo mismo que un adoquín para una persona. Solo se puede trabajar con un traje especial, perforado con hilo de carbono y que tenga propiedades repelentes al polvo. Los empleados que trabajan en la sala limpia tienen prohibido usar cosméticos. La cantidad de micropartículas en el aire se controla mediante un sistema de filtración de cuatro niveles. El elemento del chip es de 90 nanómetros. Un nanómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro.
La estructura de 90 nm es más rápida, más eficiente energéticamente y más confiable. Fue lanzado en febrero de este año con la ayuda de Rusnano. La carga en la línea de 90 nm sigue siendo sólo del 25%, mientras que en la línea de 180 nm es del 80%.
En el proyecto de desarrollo para la producción de chips de 90 y 180 nanómetros participaron más de 70 empresas de 17 países. Todos los equipos y todos los materiales se suministran a la planta desde el extranjero.
Empresas que cooperan con SITRONICS Microelectronics
En el momento del lanzamiento de la producción de 90 nm, solo 7 países del mundo tenían una tecnología similar. Sin embargo, en Europa ya se están produciendo estructuras de 65, 43 y 32 nm, mientras que hasta ahora sólo tenemos 90 nm. Pero esto, por supuesto, es un gran avance. Al lanzar la producción de chips con un nivel topológico de 90 nm, hemos reducido la brecha con los líderes mundiales en 5 generaciones tecnológicas, lo que equivale a diez años normales. Además, SITRONICS Microelectronics planea comenzar a desarrollar tecnologías nacionales al nivel de 65 nm en 2013. La producción es realmente importante para Rusia y es uno de los pocos países en los que podemos competir con los fabricantes occidentales en el mercado interno. Sin embargo, como admiten los empleados de la planta, el proceso de desarrollo de nuevas tecnologías depende en gran medida de
apoyo estatal , así que solo nos queda esperar lo mejor y esperar. El mundo moderno está tan informatizado que nuestra vida es casi imposible de imaginar sin existencia.
dispositivos electronicos , acompañándonos en todos los ámbitos de nuestra vida y actividades. Y el progreso no se detiene, sino que continúa mejorando continuamente: los dispositivos son cada vez más pequeños y más potentes, más capacitivos y más productivos. Este proceso se basa en la tecnología de producción de microcircuitos, que es, en una versión simplificada, la conexión de varios diodos, triodos, transistores, resistencias y otros activos no corporales.
Los cristales semiconductores (silicio, germanio, óxido de hafnio, arseniuro de galio) son la base para la producción de todos los microcircuitos. Sobre ellos se realizan todas las conexiones entre elementos y elementos. El más común de ellos es el silicio, ya que, por sus propiedades fisicoquímicas, es el semiconductor más adecuado para estos fines. El hecho es que los materiales semiconductores pertenecen a la clase con conductividad eléctrica ubicada entre conductores y aisladores. Y pueden actuar como conductores y dieléctricos, dependiendo del contenido de otras impurezas químicas que contengan.
Los microcircuitos se crean creando secuencialmente diferentes capas en una delgada oblea semiconductora, que se pulen previamente y se les da un acabado de espejo mecánica o químicamente. Su superficie debe ser completamente lisa a nivel atómico.
|
|
Etapas de video de la producción de microcircuitos:
Al formar capas, debido a que los patrones aplicados a la superficie de la placa son tan pequeños, el material que posteriormente forma el patrón se deposita sobre toda la superficie de una vez y luego lo innecesario se elimina mediante el proceso de fotolitografía.
La fotolitografía es una de las etapas principales de la producción de microcircuitos y recuerda un poco a la producción fotográfica. También se aplica un material especial sensible a la luz (fotorresistente) a la superficie del material aplicado previamente en una capa uniforme y luego se seca. A continuación, el patrón requerido se proyecta sobre la superficie de la capa a través de una fotomáscara especial. Bajo la influencia del ultravioleta. áreas separadas El fotorresistente cambia sus propiedades: se vuelve más fuerte, por lo que posteriormente se eliminan las áreas no irradiadas. Este método de dibujo es tan eficaz en su precisión que seguirá utilizándose durante mucho tiempo.
Luego viene el proceso de conexión eléctrica entre transistores en microcircuitos, combinando transistores en células individuales y las celdas en bloques separados. Las interconexiones se crean en múltiples capas metálicas de chips completos. Los materiales utilizados para la producción de las capas son principalmente cobre y, para circuitos especialmente potentes, se utiliza oro. El número de capas de conexiones eléctricas depende de la potencia y el rendimiento del chip que se está creando: cuanto más potente es, más capas contiene.
De esta forma se obtiene una estructura tridimensional compleja de un microcircuito electrónico con un espesor de varias micras. A continuación, el circuito electrónico se recubre con una capa de material dieléctrico de varias decenas de micrones de espesor. En él, solo se abren las almohadillas de contacto, a través de las cuales la energía y señales electricas desde afuera. En la parte inferior hay una placa de silicio de cientos de micrones de espesor.
Al final del proceso de producción, los cristales de la oblea se prueban individualmente. Luego, cada chip se empaqueta en su propio estuche, con la ayuda del cual es posible conectarlo a otros dispositivos. Sin duda, el tipo de embalaje depende del propósito del chip y de su uso. Los chips empaquetados se someten a la etapa principal de pruebas de estrés: exposición a temperatura, humedad y electricidad. Y basándose en los resultados de las pruebas, se rechazan, clasifican y clasifican según las especificaciones.
En el proceso de producción de micropiezas, como por ejemplo los microcircuitos, es importante la limpieza ideal de las instalaciones de producción. Por lo tanto, para garantizar una limpieza ideal, se utilizan salas especialmente equipadas, que, en primer lugar, están completamente selladas, equipadas con microfiltros para la purificación del aire, el personal que trabaja en estas salas tiene ropa especial que evita la penetración de micropartículas; Además, dichos locales cuentan con una cierta humedad y temperatura del aire y están construidos sobre cimientos protegidos de las vibraciones.
Video - excursión a la fábrica donde se producen los microcircuitos:
| Atrás | Adelante - |
|
|
El proceso de fabricación de los circuitos integrados semiconductores modernos es muy complejo. Se lleva a cabo únicamente en salas especiales con microclima utilizando equipos de precisión. Actualmente, para crear circuitos integrados semiconductores utilizando transistores bipolares Se utilizan varios tipos de procesos tecnológicos, que se diferencian principalmente en las formas de crear aislamiento entre elementos separados. Las principales operaciones tecnológicas de fabricación de chips semiconductores se pueden dividir en seis etapas.
1. Preparación de lingotes para cortar en placas. Inicialmente, se cultiva un lingote de silicio, luego este lingote se prepara para cortarlo en obleas: se cortan las partes de la semilla y la cola y se eliminan las partes del lingote con parámetros electrofísicos que no cumplen con los estándares establecidos o con requisitos inaceptables. Calibración Se realiza rectificando a lo largo de la superficie generatriz del lingote (rectificado cilíndrico) con una muela abrasiva. Después de la calibración, los extremos del lingote se rectifican para que queden estrictamente perpendiculares al eje geométrico del lingote y el lingote se graba para eliminar la capa dañada mecánicamente y los contaminantes. Control orientación cristalográfica El corte del extremo del lingote y la base se realiza mediante rayos X o métodos ópticos. Rebanadas básicas y adicionales. Se obtiene rectificando el lingote a lo largo de la generatriz con un disco de diamante en una máquina rectificadora de superficies. Para obtener secciones, el lingote se fija adecuadamente en una abrazadera especial. Después del corte base, se desenrolla el lingote en la abrazadera, se fija el corte auxiliar y se rectifica. Después de moler los cortes, se graba el lingote.
2. Cortar lingotes en placas. El corte de lingotes es operación importante en la ruta de fabricación de la placa determina la orientación de la superficie, el espesor, la planitud y el paralelismo de los lados, así como la deflexión.
El método principal para cortar lingotes de silicio en obleas es cortar con un disco con un filo interno que contiene diamante. Las placas cortadas, según el diseño de las máquinas, se transfieren mediante un extractor de vacío o permanecen en el mandril. Después del corte, las placas se limpian de adhesivos, lubricantes y partículas de polvo.
Ventajas de cortar con un disco con filo interno: alta velocidad corte (hasta 40 mm/min); buena calidad del tratamiento superficial (octava clase de rugosidad); pequeña variación en el espesor de la placa (±20 µm); Pequeño desperdicio de material.
Desventajas de cortar con un disco con filo interno: la dificultad de instalar un disco de diamante, su tensión y alineación, la dependencia de la calidad y precisión del procesamiento de la precisión y calidad de la herramienta.
Este método, en comparación con otros métodos, proporciona mejor calidad placas y mayor productividad del proceso.
3.Molienda de obleas de silicio. El rectificado es el proceso de procesar las superficies de las piezas de trabajo en discos duros: muelas abrasivas de hierro fundido, acero, latón, vidrio y otros materiales utilizando herramientas, muelas abrasivas y una suspensión abrasiva (procesamiento con un abrasivo libre) o utilizando muelas abrasivas de diamante. (procesamiento con abrasivo ligado).
Proceso de lijado de flotación libre de doble cara realizado en maquinas especiales. Antes de moler, las placas se clasifican por espesor. Controlan la falta de planitud de la superficie de trabajo de las muelas y, si es necesario, realizan el enderezamiento y el rectificado con vueltas anulares. Luego, las almohadillas abrasivas se limpian del polvo y otros contaminantes, se lavan con agua y se lubrican con glicerina. En la superficie de la amoladora inferior se instalan separadores de anillos dentados, que deben tener tolerancias de espesor especiales, y el espesor debe ser ligeramente menor que el espesor de las placas requeridas después del pulido. Las superficies a tratar se colocan en las aberturas de los separadores.
Cuando se gira, la placa de molienda superior se monta libremente sobre la superficie de las placas. El movimiento del triturador se transmite a través de las ruedas de linterna a los separadores. Las placas, arrastradas por los separadores, realizan movimientos complejos entre las muelas, consiguiendo así un procesamiento y desgaste uniforme de las muelas.
Para el rectificado bilateral se utilizan suspensiones acuosas y de glicerina de micropolvos de carburo de silicio verde o electrocorindón blanco con un tamaño de grano de M14 a M5.
Este método es más productivo, proporciona un procesamiento de superficies de alta precisión y no requiere pegar una placa.
4.Chaflanado. Los chaflanes de las superficies laterales de las placas se pueden eliminar mediante procesamiento abrasivo o grabado químico de las piezas ensambladas en un casete especial. La mayoría de las veces, los chaflanes se eliminan rectificando con un disco de diamante perfilado en una máquina especial.
5.Pulido de las placas.
El pulido garantiza la minimización de las microirregularidades en la superficie de las placas y el menor espesor de la capa dañada. Se realiza sobre discos de pulido de acabado suave (círculos cubiertos con gamuza, fieltro, batista, terciopelo) utilizando pasta de diamante y suspensión.
El pulido se realiza en varias etapas, reduciendo gradualmente el tamaño de grano y la dureza del abrasivo, y en la última etapa se elimina por completo el efecto abrasivo sobre el material a procesar. La última etapa de acción no abrasiva le permite eliminar completamente la capa dañada mecánicamente de la superficie de la placa.
· Pulido mecánico (preliminar e intermedio). Se realiza con suspensiones y pastas de diamante con un tamaño de grano de 3 a 1 micras. El pulido mecánico no se diferencia esencialmente del esmerilado; la diferencia radica únicamente en los materiales abrasivos utilizados, su tamaño de grano, el material de la almohadilla de pulido y el modo de procesamiento. Cuando se utilizan suspensiones y pastas de diamante para pulir, se forma una fina red de marcas (“fondo de diamante”) en la superficie de las placas, como resultado de la acción de los bordes cortantes afilados de los granos de diamante. Para eliminar el “fondo de diamante” y reducir la rugosidad de la superficie, a veces se realiza un pulido mecánico con materiales abrasivos más suaves.
· El pulido mecánico fino se realiza con compuestos de pulido suaves a base de óxidos de aluminio, silicio, cromo, circonio y otros con un tamaño de grano inferior a 1 micrón utilizando almohadillas de pulido hechas de materiales de pelo, en los que se pueden enterrar granos de polvo submicrónicos. Esto reduce superficie de trabajo granos y mejora la calidad del tratamiento superficial de las placas.
· Pulido químico-mecánico. Se diferencia en que, además de la acción abrasiva habitual, la superficie está sometida a un ataque químico. Las composiciones de pulido (suspensiones, soles, geles a partir de polvos submicrónicos de óxidos de silicio (Aerosil), circonio, aluminio) se preparan a base de álcali.
Elegiremos el pulido mecánico, que se realizará con una suspensión de diamante de polvo ACM3, unilateral, la velocidad de rotación de la almohadilla de pulido no supera las 30...40 rpm. Al cambiar al polvo ASM1, reducimos la velocidad de rotación de la almohadilla de pulido y aumentamos la carga sobre la placa. Después del pulido, la placa debe lavarse a fondo con soluciones jabonosas.
6.Limpieza física. Para operaciones posteriores la limpieza de la superficie es muy importante. Por tanto, antes de comenzar, así como repetidamente durante el ciclo tecnológico, producen, eliminando sustancias extrañas mediante lavado, disolución, etc. Los procesos de limpieza de obleas y sustratos están diseñados para eliminar contaminantes a niveles consistentes con una superficie limpia durante el proceso. Lo más importante es limpiar la superficie después del tratamiento mecánico, antes de los procesos térmicos y antes de aplicar varios tipos de recubrimientos, películas y capas. Al limpiar, primero es necesario eliminar los contaminantes orgánicos moleculares y químicamente unidos a la superficie, y luego los iónicos y atómicos residuales. Durante la limpieza física líquida, la desorción de los contaminantes adsorbidos por la superficie se produce sin cambiar su composición, es decir, sin reacciones químicas, por simple disolución. Dado que es posible la contaminación inversa de la superficie por el líquido que se está limpiando, es necesario seguir el principio de su actualización continua(refrescante).
Desengrasado (lavado) en disolventes orgánicos (tolueno, tetracloruro de carbono, dicloroetano, alcoholes: etílico, metílico, isopropílico, etc.) se utiliza para eliminar de la superficie de placas (sustratos) grasas de origen animal y vegetal, aceites minerales, lubricantes, ceras, parafinas y otras conexiones orgánicas y mecánicas.
Desengrasado por inmersión Realizado en instalaciones herméticas especiales con dos a cuatro soldados. bloque único baños con niveles de líquido crecientes. Parámetros controlados del proceso de desengrase para cantidad dada placas y una porción dada de un solvente particular y tiempo de procesamiento.
Desengrase en vapores de disolventes Se utiliza para eliminar contaminantes poco solubles con un alto punto de fusión. Para el procesamiento en vapores se utilizan alcohol isopropílico, freones e hidrocarburos clorados. Desventajas de este método: la necesidad de una purificación preliminar de los disolventes; la necesidad de crear cámaras de trabajo de instalaciones selladas; Alto consumo de solventes.
Desengrase ultrasónico Se realiza en baños especiales, cuyo fondo y paredes vibran a una frecuencia ultrasónica. este método proporciona una productividad mucho mayor y mejora la calidad no solo del desengrasado, sino también de otras operaciones de procesamiento de líquidos.
7.Lavar con agua Se utiliza para limpiar disolventes polares después del desengrasado, de residuos de grabadores, fundentes, ácidos, álcalis, sales y otros compuestos. Al igual que con los disolventes orgánicos, el lavado con agua va acompañado de la disolución de contaminantes o la eliminación mecánica de partículas de polvo, pelusas y otras partículas. El lavado se realiza en agua desionizada calentada a 50 ... 60 °C.
8. Limpieza química. Este tipo de tratamiento implica la destrucción de los contaminantes o de la capa superficial del objeto que se está limpiando como resultado de reacciones químicas.
Proporciona buenos resultados Sedum de silicio en solución “Karo”. Este es el método que se utilizará en el proyecto de este curso: limpiar con una mezcla de Karo seguida de una "más suave".
limpieza en solución de peróxido de amoníaco. La composición clásica de la mezcla Karo para la limpieza química de la superficie es de silicio y óxido de silicio, la proporción en volumen de los componentes está dentro del rango
H2SO4: H2O2 = 3:1
La limpieza química en esta mezcla se realiza a T = 90 -150 o C. La mezcla Caro permite limpiar la superficie de la oblea semiconductora de contaminantes orgánicos y, parcialmente, de impurezas iónicas y atómicas. El ácido caro es estable en ambientes ácidos y es un agente oxidante muy fuerte. Esta mezcla es capaz de limpiar la superficie de la oblea de silicio de contaminantes no metálicos.
9. Epitaxia.
La epitaxia es el proceso de crecimiento de capas monocristalinas sobre sustratos monocristalinos. Durante el proceso de crecimiento epitaxial, los sustratos monocristalinos desempeñan el papel de orientación como telón de fondo sobre el que se produce la cristalización. La característica principal es que las capas y áreas locales del tipo opuesto de conductividad o con una concentración de impurezas diferente a la de la oblea semiconductora representan nuevas formaciones sobre la superficie original. Durante el proceso de crecimiento, las capas epitaxiales están dopadas, es decir, en ellos se introducen impurezas donadoras o aceptoras. Otra característica especial es que es posible obtener capas semiconductoras de alta resistencia sobre obleas de baja resistencia. En la epitaxia en fase líquida, los átomos de la capa en crecimiento se depositan sobre un sustrato a partir de una masa fundida o solución a partir de la cual se debe hacer crecer la capa correspondiente. El segundo tipo de epitaxia, de fase vapor-gas, que se utilizará en esta tecnología, se basa en la interacción del gas con la placa. Aquí parámetros importantes
El proceso es la temperatura de la corriente de gas y la placa. Puede utilizar tetracloruro de silicio SiCl 4 o silano SiH 4 . se basa en el uso de la interacción química del vapor de tetracloruro de silicio con hidrógeno puro a T = 1200 o C:
SiCl 4 (gas) + 2H 2 (gas) = Si (sólido) + 4HCl (gas)
La tasa de crecimiento de la capa epitaxial puede limitarse mediante procesos de transferencia de masa, es decir. el número de moléculas de reactivo suministradas a la superficie del sustrato o los productos de reacciones químicas eliminados por difusión del sustrato, o las velocidades de las reacciones químicas. La principal desventaja son las altas temperaturas del proceso, que provocan la difusión de impurezas desde las placas hacia la capa de crecimiento, así como el autodopado. Además, la reversibilidad de la reacción de reducción del tetracloruro requiere alta precisión manteniendo el régimen de deposición de capas.
método de silano basado en el uso de una reacción irreversible
Descomposición térmica del silano:
SiH 4 ------------->Siv+2H 2 ^
La instalación para el cultivo de capas epitaxiales mediante el método del silano tiene un diseño similar a la instalación utilizada con el método del cloruro y, como precaución al trabajar con monosilano, está equipada con un sistema para bombear aire y restos de humedad. Se obtienen capas monocristalinas perfectas a temperaturas de descomposición del monosilano de 1000 ... 1050 ° C, que son 200 ... 150 ° C más bajas que durante la reducción del tetracloruro de silicio. Esto reduce la difusión no deseada y el autodopaje, lo que permite la fabricación de estructuras epitaxiales con límites de transición más nítidos. La tasa de crecimiento de la capa es mayor que durante la reducción del tetracloruro de silicio.
La desventaja de este método es que el monosilano es autoinflamable y explosivo, por lo que requiere precauciones especiales. Toxicidad por silano.
En este proyecto de curso usaremos SiCl 4. porque Con este gas, es posible cultivar capas monocristalinas de silicio que mantienen la orientación cristalina del sustrato de silicio sin dañar la superficie.
El proceso de crecimiento epitaxial se llevará a cabo en un reactor epitaxial.
10.Oxidación. Puede llevarse a cabo de varias formas, como oxidación anódica, deposición catódica de una capa de óxido u oxidación térmica del silicio. La oxidación térmica, como otros procesos a alta temperatura, impone requisitos estrictos a los lingotes de silicio originales (el contenido de oxígeno y carbono en ellos es indeseable) y a la calidad de los procesos de fabricación y limpieza de las obleas. La oxidación del silicio va acompañada de: difusión de oxígeno bajo una capa de dióxido de silicio; enriquecimiento de una capa superficial de 1...2 µm de espesor con oxígeno por encima del límite de solubilidad debido al estado estresado de la red de silicio; interacción del oxígeno con defectos en la placa original y generación de dislocaciones adicionales y fallas de apilamiento. Las impurezas de los metales en difusión sodio, cobre, hierro, etc. se acumulan rápidamente en los defectos. Dado que es en esta fina capa donde se forman los elementos IC, todo esto conduce a la degradación de sus parámetros eléctricos. La concentración de oxígeno en la capa superficial del silicio se reduce recociendo obleas de silicio en una atmósfera de nitrógeno a 1000 ... 1100 °C. La búsqueda de formas de mejorar el proceso de oxidación térmica ha llevado a la aparición de modificaciones en el método de oxidación térmica del silicio.
Deposición de películas de SiO sobre obleas de silicio mediante oxidación térmica del silicio a presión atmosférica en reactores de cuarzo cilíndricos horizontales: el método más común. La temperatura de oxidación se encuentra en el rango de 800...1200 o C y se mantiene con una precisión de ± 1 o C para garantizar un espesor de película uniforme. Realizaremos oxidación combinada como en oxígeno seco, porque en este caso se obtienen películas de SiO 2 de gran calidad, a pesar de que la tasa de oxidación en estas condiciones es baja, y en oxígeno húmedo (todo sucede exactamente al revés).
Principales reacciones:
1. oxidación seca en atmósfera de oxígeno puro:
Si(tv) > SiO 2 (tv)
2. oxidación húmeda en una mezcla de oxígeno y vapor de agua:
Si(tv) + 2H 2 O > SiO 2 (tv) + H 2
La velocidad de oxidación está determinada por la etapa más lenta de penetración por difusión del oxidante a través de la película en crecimiento hasta la interfaz SiO 2 >Si. Los coeficientes de difusión dependen en gran medida de la temperatura. En bajas temperaturas Los coeficientes de difusión y, por tanto, la tasa de crecimiento de la película, son bajos. La tasa de crecimiento se puede aumentar aumentando la presión en la cámara de reacción de la instalación o aumentando la temperatura del proceso.
11.Fotolitografía. La esencia del proceso de fotolitografía es la siguiente. Los fotoprotectores sensibles a la luz se aplican a la superficie del sustrato y se exponen a la radiación. El uso de una máscara de vidrio especial con campos transparentes y opacos (fotomáscara) produce un efecto local en el fotoprotector y, en consecuencia, cambio local sus propiedades. Tras la exposición posterior a ciertos químicos, se produce la eliminación del sustrato. áreas individuales Películas fotorresistentes, iluminadas y no iluminadas, según el tipo de fotorresistente (revelado). Así, a partir de una película fotorresistente se crea una máscara protectora con un patrón que repite el patrón de la fotomáscara.
Dependiendo del mecanismo de los procesos fotoquímicos que ocurren bajo la influencia de la radiación, la solubilidad de las áreas expuestas puede aumentar o disminuir. En consecuencia, los fotorresistentes son positivos o negativos. Una película fotorresistente positiva se vuelve inestable bajo la influencia de la radiación y se disuelve durante el revelado; por el contrario, una película fotorresistente negativa se vuelve insoluble bajo la influencia de la radiación, mientras que las áreas oscuras se disuelven durante el revelado.
Las propiedades de los fotorresistentes están determinadas por una serie de parámetros:
Sensibilidad a la radiación
A su vez, existen algunos criterios de sensibilidad: altas propiedades protectoras de las áreas locales.
· Resolución del fotorresistente.
Resistencia a los ácidos (resistencia de los fotorresistentes a los grabadores agresivos)
El proceso tecnológico de fotolitografía se lleva a cabo en la siguiente secuencia:
1. Limpiar la superficie del sustrato;
2. Aplicación de fotorresistente (FP-330) y su distribución por toda la superficie mediante centrifugación;
3. Secar el fotorresistente (15 minutos a T = 20 o C).
4. Combinando la fotomáscara con el sustrato:
5. Exposición - iluminación a través de una fotomáscara con rayos UV, t = 1h2s;
6. Desarrollo: tratamiento químico en reveladores especiales;
7. Se realiza curtido para la polimerización final del fotoprotector restante: tratamiento térmico a T = 120 o C, t = 20 min;
8. Grabado de óxido de silicio con una solución acuosa de ácido fluorhídrico; es mejor utilizar aditivos tampón de sales de ácido fluorhídrico;
9. El fotorresistente se elimina en medios alcalinos.
10. Lavado de la oblea de silicio en agua desionizada mediante ultrasonidos y secado a T = 120 o C.
Se utilizan principalmente dos métodos para fabricar fotomáscaras. El primer método se basa en una combinación de procesos ópticos y mecánicos de precisión. La esencia del método es el corte mecánico del original primario (un dibujo ampliado 200...500 veces), la posterior reducción fotográfica del tamaño del dibujo y su animación. En el segundo método, el fotonobor, todo el patrón topológico se divide en rectángulos de diferentes áreas y con diferentes proporciones de aspecto dependiendo de la forma de sus elementos constituyentes. Estos rectángulos se aplican mediante impresión fotográfica secuencial sobre una placa fotográfica, donde, finalmente, se forma una fotomáscara intermedia con un patrón diez veces mayor en comparación con el especificado.
En este proyecto de curso usaremos fotorresistente positivo, es decir. la luz destruye las cadenas de polímeros: las áreas iluminadas se disuelven. Los fotorresistentes positivos proporcionan límites más nítidos de las áreas disueltas (reveladas) que los negativos, es decir. Tienen mayor resolución, pero tienen menor sensibilidad y requieren un tiempo de exposición más largo. La fotomáscara será una placa de vidrio, en uno de cuyos lados se aplicará una fina película opaca de Cr. Se deben aplicar unas gotas de solución fotorresistente.
sobre la superficie oxidada de la oblea de silicio y luego, usando una centrífuga, extiéndala en una capa delgada (aproximadamente 1 µm) y séquela.
Hay fotolitografía de contacto, en la que la fotomáscara se ajusta firmemente a la superficie del sustrato con un fotorresistente aplicado, y otra sin contacto.
La fotolitografía sin contacto en un microgap se basa en el uso del efecto de una fuente de radiación doble o múltiple. Los rayos UV se aplican a la fotomáscara en el mismo ángulo, por lo que se minimizan los fenómenos de difracción y se aumenta la precisión del patrón. La desventaja es que el equipamiento es muy complejo. La fotolitografía de proyección se basa en un proceso de registro simplificado porque Utilizando lentes especiales, la imagen de la fotomáscara se proyecta sobre la placa.
La eliminación del fotoprotector se suele realizar con compuestos alcalinos (NaOH).
12. Aleaciones. aleación - introducción de impurezas en una oblea o película epitaxial. En temperatura alta(alrededor de 1000 o C) los átomos de impureza entran a través de la superficie y se extienden más profundamente debido al movimiento térmico. Existen tres tipos de dopaje de semiconductores:
1. Dopaje por difusión- basado en el uso del conocido fenómeno de difusión, es decir Movimiento direccional de partículas de una sustancia en la dirección de disminuir su concentración. La fuerza impulsora es el gradiente de concentración de átomos o moléculas de una sustancia. Durante la difusión, se obtienen contactos rectificadores o de concentración en la placa original, cambiando sus propiedades dopando hasta la profundidad requerida. Las capas de difusión tienen espesores que van desde centésimas de micrómetros. rasgo distintivo es la distribución desigual de la concentración de impurezas en la profundidad: la concentración es máxima cerca de la superficie y disminuye profundamente en la capa. La concentración y distribución de impurezas están determinadas en gran medida por las propiedades de la impureza, el material aleado y la fuente de la impureza.
2. Dopaje iónico - llevada a cabo por átomos de impurezas ionizadas que tienen energía suficiente para penetrar en el semiconductor. El recocido también es necesario para eliminar el daño por radiación a la estructura del semiconductor y para activar eléctricamente las impurezas donadoras y aceptoras. La característica principal es la capacidad de obtener de forma reproducible una determinada concentración de impurezas a una profundidad determinada en casi cualquier área de la placa. Esto se debe al hecho de que la corriente del haz de iones se puede ajustar con gran precisión. La distribución de impurezas se puede controlar fácilmente en un amplio rango cambiando la dosis de irradiación, la energía y el ángulo de incidencia de los iones. Los iones de impureza se obtienen de fuentes especiales, se aceleran y se concentran en un campo eléctrico. Un haz de iones bombardea el sustrato. Los iones de impureza se encuentran en la red cristalina. Las características de las capas dopadas con iones son más reproducibles que con difusión.
3. Difusión estimulada por radiación- se basa en la introducción de una impureza como resultado del bombardeo de un cristal con iones ligeros con energía suficiente para desplazar los átomos del sustrato. La irradiación se realiza durante el tratamiento térmico (t = 600-700 o C) o inmediatamente antes.
Para este proyecto de curso, se utilizará difusión térmica alta, porque... La desventaja de la implantación de iones es la alteración de la estructura de la capa superficial y el aumento de defectos, así como la complejidad del equipo tecnológico. Se realizará difusión método tradicional Tubería abierta procedente de fuentes gaseosas (BBr 3,PH 3) y sólidas (óxido de antimonio).
13. Metalización. Todos los sistemas de metalización utilizados actualmente se pueden dividir en los siguientes tipos: monocapa, multicapa, multinivel, volumétrico (terminales volumétricos).
· La metalización de aluminio de una sola capa se utiliza principalmente en circuitos integrados con un bajo grado de integración, baja potencia, que funcionan a frecuencias de hasta 1 GHz y no están diseñados para requisitos de alta confiabilidad.
· La metalización multicapa en algunos casos cumple mejor con los requisitos, pero es menos avanzada tecnológicamente, porque Contiene más de una capa de metal. Generalmente consta de varias capas: capa de contacto - primero en orden de aplicación sobre películas de silicio (tungsteno, molibdeno, cromo, níquel, aluminio, titanio, paladio, siliciuros de metales refractarios); capa de separación- se utiliza en casos en los que es difícil seleccionar materiales adecuados para las palabras de contacto y conductoras; capa conductora- la última capa de metalización en el orden de aplicación debe tener una buena conductividad eléctrica y garantizar una conexión fiable y de alta calidad de las placas de contacto con los terminales de la carrocería (cobre, aluminio, oro)
· La metalización multinivel se utiliza en circuitos integrados grandes y ultragrandes. Un aumento en el número de elementos también aumenta el área de conexiones entre elementos, por lo que se colocan en varios niveles.
En este proyecto de curso realizaremos una metalización de aluminio monocapa.
14. Escribir.
El trazado debe realizarse con un cortador de diamante. Esto conduce a la formación de ranuras relativamente profundas (hasta 50...100 µm) y estrechas (hasta 25...40 µm) en la placa. La ventaja de este trazado es su simplicidad y bajo costo.
La rotura de las placas en cristales después del trazado debe realizarse mecánicamente aplicándole un momento flector. Esta operación se realiza sobre un soporte esférico. La ventaja de este método es su simplicidad, rendimiento alto (la rotura no lleva más de 1...1,5 min) y de una etapa, así como suficiente alta calidad
, ya que los cristales no se mueven entre sí.
A continuación se muestran diagramas ampliados de procesos tecnológicos para la fabricación de materiales semiconductores (monolíticos).
Arroz. 1. describamos proceso producción circuito integrado
generador de voltaje. En la etapa inicial, se forman lingotes de silicio y estos lingotes se cortan con discos de diamante con un borde cortante interno en obleas, cristales base sobre los cuales posteriormente se formarán los elementos del microcircuito. La superficie del cristal se muele cuidadosamente para eliminar los daños causados por el corte. Se realiza el pulido y- suspensión de diamante, materiales en polvo. Luego se realiza una limpieza para eliminar la capa superficial en la que se localizan las tensiones mecánicas superficiales. Para ello, se pasa HCl sobre la superficie de la placa a alta temperatura y se lava el cristal con agua desionizada, soluciones de detergentes en polvo, agua corriente y luego se seca la placa hasta que esté completamente seca.
En siguiente etapa Oxida la superficie del cristal para formar dióxido de silicio de cierto espesor.
Esto se hace para que cuando se realiza el dopaje no se dope todo el cristal, sino solo una determinada zona.
En consecuencia, se aplica una capa de fotorresistente sobre la capa de dióxido de silicio y el proceso de fotolitografía se lleva a cabo por contacto (u otro método). En este caso se utiliza una fotomáscara (ver apéndice). Las zonas expuestas se revelan, curten y eliminan, obteniendo así una sección de dióxido de silicio para su posterior grabado.
Las ventanas resultantes se graban, como resultado, el área del sustrato se abre para el posterior dopaje y la formación de una capa oculta de n+. Se elimina la capa fotorresistente. La superficie del óxido de silicio se limpia a fondo, se lava con agua corriente desionizada y se seca mediante centrifugación. De este modo, el sustrato queda completamente preparado para la operación de aleación.
Para obtener una capa de tipo n+ altamente aleada se realiza una difusión térmica elevada con antimonio hasta el límite de su solubilidad. Por tanto, se forma una capa oculta n+. El antimonio se dispersa en la bolsa n+.
La capa de dióxido de silicio se elimina con ácido fluorhídrico, creando una superficie de sustrato expuesta con tres secciones de la capa altamente aleada. La superficie del sustrato se limpia a fondo mediante métodos químicos y se lava con agua corriente desionizada. Después de estas operaciones, el sustrato queda listo para el crecimiento epitaxial de silicio tipo n. De esta manera obtienen el llamado capa colectora que está presente en las estructuras elementos activos, y en la misma capa se forman resistencias de valor medio (5 kOhm, 10 kOhm); esta capa también está presente en la estructura del condensador MIS;
A continuación, se realiza la difusión por separación para separar unos elementos de otros. Para hacer esto, se repiten los procesos descritos anteriormente: aplicar una capa de dióxido de silicio, aplicar fotorresistente, combinar con una fotomáscara (ver apéndice), exposición, revelado, eliminar las áreas expuestas del fotorresistente, grabar la capa de dióxido de silicio en la ventana del fotorresistente. . Posteriormente, se lleva a cabo la difusión por separación dopando con boro una capa epitaxial sobre la superficie del sustrato.
De este modo se formó para cada elemento su propia capa epitaxial. A continuación, el fósforo se difunde hacia la capa epitaxial para crear una región base. Para ello, se repiten los procesos descritos anteriormente: aplicar una capa de dióxido de silicio, aplicar fotorresistente, combinar con una fotomáscara, exposición, revelado, eliminar las áreas expuestas del fotorresistente, grabar la capa de dióxido de silicio en la ventana del fotorresistente. Luego se realiza la aleación con fósforo (ver apéndice). Área base Se utiliza como base para elementos activos y como capa resistiva para resistencias.
A continuación, se crean áreas que se utilizan como área emisora para elementos activos; para resistencias puede no estar presente. Antes de esto, se lleva a cabo una serie de procesos descritos anteriormente: aplicar una capa de dióxido de silicio, aplicar fotorresistente, combinar con una fotomáscara, exposición, revelado, eliminar áreas expuestas del fotorresistente, grabar la capa de dióxido de silicio en la ventana del fotorresistente. Luego se dopa con antimonio (ver Apéndice) y se eliminan la capa de fotoprotector y dióxido de silicio, seguido de una limpieza profunda de la superficie.
Después de esto, el cristal está listo para que se aplique aislamiento externo a su superficie y se apliquen cables de aluminio a la base, el colector y las regiones imitadoras del cristal. Para ello, se limpia a fondo la superficie del cristal y se deposita nitruro de silicio. Luego se aplica el fotorresistente, se combina con una fotomáscara, se expone, se revela, se eliminan las áreas expuestas del fotorresistente, se graba la capa de nitruro de silicio en la ventana del fotorresistente y se retira el fotorresistente de toda la superficie del nitruro de silicio.
Luego se aplica una aleación de aluminio y silicio a toda la superficie del cristal mediante pulverización catódica. A continuación se realiza fotolitografía y grabado en aluminio. Así se produce conexión eléctrica elementos del circuito de acuerdo con el diagrama del circuito eléctrico.
Toda la superficie del cristal debe limpiarse a fondo y secarse mediante centrifugación. Luego se aplica una capa de dióxido de silicio a la superficie del cristal mediante oxidación de monosilano. Se hacen ventanas en la capa aislante para conectar las rutas de corriente del microcircuito con terminales externos.
Actualmente para producción digital. circuitos integrados Se utilizan las siguientes bases tecnológicas principales: lógica transistor-transistor (TTL); TTL con diodos Schottky (TTLS); TTLSH de baja potencia (MTTLSH); Lógica integrada de inyección (I 2 L) y su varias opciones(I 3 L, ISHL, etc.); tecnología MOS de canal p (p-MOS); tecnología MOS de canal n (n-MOS); tecnología MOS complementaria (CMOS); Tecnología de emisor acoplado (ECL).
Consideremos las principales características del diseño de circuitos de las tecnologías comunes de producción de chips digitales.
Diagrama del circuito eléctrico de una puerta TTL estándar. excepto regular npn transistores contiene un transistor multiemisor, con la ayuda del cual se implementa la función lógica de entrada necesaria. La tensión de alimentación de la válvula es de 50,5 V. Niveles estándar señales de salida U 0 0,4 V, U 1 2,4 V. Las series IC K133, K134, K155 se implementan utilizando tecnología TTL.
Diagrama del circuito eléctrico de una válvula TTLSh estándar., se diferencia del anterior en el uso de diodos y transistores con barrera Schottky. En comparación con un TTL convencional, la puerta TTLSh proporciona aproximadamente la mitad de los retrasos en el encendido y apagado debido al uso de un modo de funcionamiento no saturado de transistores, así como un consumo de energía ligeramente menor y tiene un área entre 1,5 y 2 veces más pequeña. El voltaje de suministro y los voltajes de entrada-salida estándar de la puerta TTL están unificados con parámetros similares de una puerta TTL convencional.
Utilizando tecnología TTLSH, se han implementado IC y LSI de las series K533, K555, K589, K585, K1802, K1804, etc.
Diagrama del circuito eléctrico I. 2 válvula L contiene un transistor p-n-p que desempeña la función de generador de corriente (inyector) y un transistor n-p-n multicolector que realiza la función de un inversor. El rango de oscilación de la señal lógica de la puerta And 2 L se encuentra en el rango de 0,2-0,8 V, por lo tanto, se utilizan etapas de entrada y salida especiales para interconectar el And 2 L LSI con circuitos TTL.
Las válvulas estándar Y de 2 L tienen amplia gama corrientes de alimentación de funcionamiento, mientras que su velocidad es directamente proporcional a la corriente de inyección. En comparación con la tecnología TTLSH I 2 L, proporciona un grado aproximadamente diez veces mayor de integración LSI a una velocidad más baja (2-3 veces). Actualmente, se están desarrollando numerosas variedades de tecnología I 2 L, como la lógica isoplanar I 2 L (I 3 L) y la inyección Schottky (ISH). Basado en la tecnología I 2 L, se han implementado LSI de las series K582, K583, K584, KA1808, K1815.
Distinguir circuitos eléctricos de inversores MOS tipo p y tipo n.
Las puertas r-MOS tienen un área pequeña, pero tienen baja velocidad (tiempo de conmutación superior a 0,1 μs). Actualmente, la tecnología r-MOS prácticamente no se utiliza en nuevos desarrollos. Anteriormente, se desarrollaron LSI de las series K145, K536 y K1814 basándose en él.
Para operar un inversor n-MOS, es necesario suministrar un voltaje de suministro U CC = (50,25) V y un voltaje de polarización del sustrato U BC =(2,40,2) V. Los voltajes de entrada y salida de los LSI n-MOS Por lo general, se proporcionan una interfaz directa con circuitos TTL. El área de una puerta n-MOS es la mitad que la de una puerta p-MOS y entre 5 y 7 veces más pequeña que la de una puerta TTL. El rendimiento es de 4 a 10 veces menor que el de los circuitos TTL. Los conjuntos LSI de las series K145, K580, K581, K586, K1801, etc. se han desarrollado utilizando tecnología n-MOS.
Incluido Inversor CMOS Incluye dos transistores de diferentes tipos de conductividad. La puerta CMOS consume energía sólo durante el proceso de conmutación y tiene una inmunidad al ruido muy alta. La amplitud del ruido puede ser hasta el 40% del voltaje de suministro del IC. Basados en la tecnología CMOS, se implementan los circuitos integrados de las series K564, K561 y K1564.
Diagrama del circuito eléctrico de una válvula ESL. Tiene la velocidad de funcionamiento más alta, pero ocupa el área más grande y consume más energía que todas las demás válvulas. Las puertas ESL se pueden utilizar junto con circuitos TTL solo si hay circuitos de acoplamiento especiales disponibles.
Análisis comparativo varias tecnologías El IC se muestra en la Tabla 1. De ello se deduce que n-MOS, CMOS, TTLSh, I 3 L y ESL son los más prometedores. Cada tecnología tiene sus propias ventajas:
CMOS y I 3L permiten la construcción de sistemas de micropotencia;
Los n-MOS tienen una alta densidad de empaquetado y un bajo costo de circuitos integrados;
ESL - velocidad máxima;
TTLSH - alto rendimiento en alto grado integración.
