МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 

Кафедра “Проектирование и технология

электронных и вычислительных систем” 
 
 
 
 

Расчетно-графическая работа

 ПО  ДИСЦИПЛИНЕ:

«Материаловедение и материалы электронных средств» 
 
 

Тема  работы: Технология изготовления плат в толстоплёночных микросхемах. 
 

Студент:  Борисов О.М.  

Группа:  31-В факультет ЭиП 

Специальность: 210202 

Расчетно-графическая  работа зачтена                           

Руководитель работы:                                                      Косчинская Е. В. 

  
 
 
 
 
 
 
 

Орел, 2008г. 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 

Кафедра “Проектирование и технология

электронных вычислительных систем” 
 
 

ЗАДАНИЕ НА РГР РАБОТУ 
 
 

Студент:  Никитин  В.И. шифр:  210201 группа:  31-Р 
 

1. Тема работы: Технология изготовления плат в толстоплёночных  микросхемах.

2. Срок сдачи работы к защите:                           .

 

3. Исходные  данные:  15 вариант

 

             Материал: Монокристаллический  кремний

     Размеры заготовки (диаметр): D=150 мм

             Типоразмер кристалла: №6 20х24 мм

             Толщина заготовки: l=0,5 мм

     Годовой план: N= 750 000 штук

             Выход годного по обработке: V1=89%

             Выход годного по кристаллу: V2=71% 

4. Пояснительная записка.                                                                  

 
 

Руководитель  работы:                                                     Косчинская Е. В. 

Задание принял к исполнению: Борисов О.М. 

     Подпись  студента:                           

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
 
 

Введение

 

   За  короткий исторический срок современная  микроэлектроника стала одним из важнейших направлений научно-технического прогресса. Массовое производство электронных вычислительных машин высокого быстродействия, различных видов электронной аппаратуры, аппаратуры управления технологическими процессами, систем связи, систем и устройств автоматического управления и регулирования стало возможным благодаря  созданию больших и сверхбольших интегральных микросхем, микропроцессоров и микропроцессорных систем.

   Производство  ИС началось примерно с 1959 г. на основе предложенной к этому времени планарной технологии. В создании планарной технологии большую роль сыграла разработка нескольких фундаментальных технологических методов. Кроме того, развитие ИС включало также исследования принципов работы их элементов, изобретение новых элементов, совершенствование методов очистки полупроводниковых материалов, проведение их физико-химических исследований с целью установления таких важнейших характеристик, как предельные растворимости примесей, коэффициенты диффузии донорных и акцепторных примесей и др.

   Основой технологии изготовления интегральных микросхем служит целая серия механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов), в результате которой создается ИС.

   Значимость  технологии в производстве полупроводниковых  приборов и ИС особенно велика. Совершенствование технологии, внедрение прогрессивных технологических методов, стандартизация технологического оборудования и оснастки, механизация ручного труда на основе автоматизации технологических процессов способствует повышению производительности труда. Именно постоянное совершенствование технологии полупроводниковых  приборов привело  на определенном этапе ее развития к созданию ИС, а в дальнейшем — к широкому их производству.

Часть I.

  Аналитический обзор

   1.1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

   В процессе развития микроэлектроники (МЭ) номенклатура ИС непрерывно изменялась. Главный тип ИС в настоящее время — полупроводниковые ИС.

   Классификация ИС.

   Классификация ИС может производиться по различным  признакам, ограничимся одним. По способу изготовления и получаемой при этом структуре различают два принципиально разных типа интегральных схем: полупроводниковые и пленочные.

   Полупроводниковая ИС — это микросхема, элементы которой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники.

   Пленочная ИС — это микросхема, элементы которой выполнены в виде разного рода пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки. В зависимости от способа нанесения пленок и связанной с этим их толщиной различают тонкопленочные ИС (толщина пленок до 1-2 мкм) и толстопленочные ИС (толщина пленок от 10-20 мкм и выше).

   Гибридной ИС (или ГИС) — это микросхема, которая представляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов  и активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке.

   Совмещенная ИС — это микросхема, у которой активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводникового кристалла (как у полупроводниковой ИС), а пассивные нанесены в виде пленок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла (как у пленочной ИС).

      Полупроводниковая интегральная микросхема – это микросхема, элементы которой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники. Размеры кристаллов у современных полупроводниковых интегральных микросхем достигают 20x20 мм, чем больше площадь кристалла, тем более многоэлементную ИС можно на ней разместить. При одной и той же площади кристалла можно увеличить количество элементов, уменьшая их размеры и расстояния между ними.

1.2. ТРЕБОВАНИЯ К ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ПОДЛОЖКАМ

  Полупроводники  в виде пластин или дисков, вырезанных из монокристаллов, называются подложками. В их объеме и на поверхности методами травления, окисления, диффузии, эпитаксии, имплантации, фотолитографии, другими технологическими приемами формируются элементы микросхем электронных приборов и устройств.

  Качество  поверхности подложки определяется ее микрорельефом (шероховатостью), кристаллическим совершенством поверхностных слоев и степенью их физико-химической чистоты. Поверхность подложки характеризуется неплоскостностью и непараллельностью. Высокие требования предъявляются и к обратной — нерабочей стороне подложки. Неодинаковая и неравноценная обработка обеих сторон подложки приводит к дополнительным остаточным механическим напряжениям и деформации кристалла, что обусловливает изгиб пластин.

  После механической обработки в тонком приповерхностном слое подложки возникает нарушенный слой. По глубине он может быть разделен на характерные зоны. Для кристаллов Ge, Si, GaAs и других после их резки и шлифования на глубине 0,3...0,5 средней высоты неровностей расположена рельефная зона, в которой наблюдаются одинаковые виды нарушений и дефектов монокристаллической структуры: монокристаллические сколы, невыкрошившиеся блоки, трещины, выступы и впадины различных размеров. После резки дефекты располагаются в основном под следами от режущей кромки алмазного диска в виде параллельных дорожек из скоплений дефектов, в шлифованных кристаллах — равномерно по сечению. При полировании первый слой представляет собой поверхностные неровности, относительно меньшие, чем при шлифовании, и в отличие от шлифованной поверхности он является аморфным. Второй слой также аморфный, его глубина в 2...3 раза больше, чем поверхностные неровности. Третий слой является переходным от аморфной структуры к ненарушенному монокристаллу и может содержать упругие или пластические деформации, дислокации, а в некоторых случаях и трещины. В процессе обработки и подготовки поверхности подложек полупроводников необходимо создание совершенных поверхностей, имеющих высокую степень плоскопараллельности при заданной кристаллографической ориентации, с полным отсутствием нарушенного слоя, минимальной плотностью поверхностных дефектов, дислокаций и т.д. Поверхностные загрязнения должны быть минимальными.

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

      Свойства кремния

   1. Оптимальное значение ширины запрещенной зоны, которая обусловила достаточно низкую концентрацию собственных носителей и высокую рабочую температуру.

   2. Большой диапазон реально достижимых удельных сопротивлений в пределах от 10^-3 Ом-см (вырожденный) до 10⁵ (близкий к собственному).

   3. Высокое значение модуля упругости, значительная жесткость (большая, чем, например, у стали).

   4. Оптимально высокая температура плавления, следующая из высокого значения модуля упругости и энергии связи.

   5. Малая плотность (2,3 г/см³) и низкий ТКЛР 3·10^-6 К-¹.

   6. Высокая теплопроводность (до 140 Вт/К·м, что близко к коэффициенту теплопроводности железа).

   7. Тензочувствительность—существенное изменение удельного сопротивления при упругой деформации.

   8. Высокая растворимость примесей, причем примеси несильно искажают решетку кристалла. 
 
 

1.4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

1.4.1. Получение кремния полупроводниковой чистоты.

   По распространённости в земной коре кремний среди всех элементов занимает второе место (после кислорода). Масса земной коры на 27,6—29,5 % состоит из кремния. Кремний входит в состав нескольких сотен различных природных силикатов и алюмосиликатов. Больше всего распространен кремнезём или оксид кремния (IV) SiO₂ (речной песок, кварц, кремень и др.), составляющий около 12 % земной коры (по массе). В свободном виде кремний в природе не встречается, хотя одна четвертая земли состоит из кремния, поэтому из карьеров добывают диоксид кремния, затем используют плавят  сырьё, содержащее оксид кремния в электропечах при температуре 2273К

 SiO₂+C = Si+2CO

 В результате получают элементарный кремний, однако его чистота еще очень низка и содержание основного вещества составляет около 99%. Кремний из-за высокой температуры плавления и реакционной способности по отношению к любым контейнерным материалам очистке не поддается, поэтому его переводят в соединения, удобные для глубокой очистки SiCl₄, SiHCl₃ или SiH₄

 Для получения хлорида кремния и  хлорсилана используются реакции хлорирования:

 Si+2Cl₂ SiCl₄

 Si+3HCl SiHCl₃+H₂

 Моносилан получают из предварительно изготовленного кремний-магниевого сплава:

 Mg₂Si+4NH₄Cl SiH₄+2MgCl₂+4NH3

 Для дальнейшей глубокой очистки хлорида, хлорсилана и моносилана применяется один и тот же метод ректификации в жидком виде независимо от того, что первые два вещества в нормальных условиях — жидкости, третье — газ.