Технические дисциплины - Микроэлектроника

лекц.4.

3.Основные этапы изготовления ИМС.

3.1.Проектирование ИМС

Основной принцип - отношение параметров к стоимости должно быть как можно более высоким. Для этого нужно обеспечить очень высокий уровень выпуска ИМС. Этого можно достигнуть двумя путями:

- найти массового потребителя на выпускаемую ИМС;

- обеспечить очень высокую степень интеграции, т.е. на одном кристалле разместить несколько различных функциональных устройств (вычислительные устройства, сх. памяти, сх. управления и др.), что в конечном итоге обеспечивает первое. Так как такую ИМС могут приобретать разные потребители для различного использования, производя последнюю разводку межсоедининий на своём оборудовании. Либо используя только часть функциональных возможностей ИМС.

Другими словами несколько БИС на одном Chip, т.е. переход на СБИС.

И ещё одна сторона целесообразности перехода не СБИС.

В аппаратуре выполненной на БИС одна треть времени задержки тратится на соединения на chip; треть на проводах печатной платы и треть на соединения между печатными платами. Стоимость соединений (если принять за единицу стоимость разводки на кристалле) относятся как  1: 10:100.

 

Проектирование СБИС делятся на два этапа. Они осуществляются параллельно.

1)    Электрическое проектирование.

2)    Физическое проектирование.

 

1)    Электрическое проектирование.

Основные этапы:

  1. Функциональное проектирование (что должна делать система).
  2. Логическое проектирование (какая логика будет использоваться в МС).
  3. Проектирование схемы и частичное проектирование приборов.

 

2)    Физическое проектирование.

  1. Выбор материала.
  2. Выбор технологии (которая зависит от наличия соответствующего оборудования).
  3. Проектирование основного элемента МС.
  4. Проектирование топологии схемы (размещение элементов  на кристалле и трассировка).

 

Физическое проектирование значительно более сложная часть проектирования. Без знания проблематики технологий разработки СБИС электрическое проектирования невозможно.

Очень важно! Проектирование должно быть бездефектным, так как исправления не возможны. Этап проектирования заканчиваться изготовлением комплекта эталонных фотошаблонов. Этот комплект содержит от 5 до 20 шаблонов. Их количество зависит от числа основных технологических операций  изготовления ИС.

Эталонный фотошаблон – отполированная стеклянная пластина, на которой нанесён топологический  рисунок из фоторезиста толщиной от 0,1 –0.2 мкм. Топологические рисунки выполняется  в масштабе 1:1. С помощью эталонных фотошаблонов  выпускают одну или несколько пробных МС  и проводят её испытания. При не удовлетворительных результатах испытаний проектирование начинают с начала. Для достижения необходимых параметров схемы процесс повторяется три - пять раз.

Производство ФШ и РК очень сложно и дорого и не менее трудоемко, чем производство самих ИМС. Этот комплект эталонных ФШ хранится всё время выпуска МС. Ими не пользуются, а сразу изготавливают десятка два рабочих копий, а шаблоны убирают в сейф. Когда рабочие копии приходят в негодность, изготавливают новые по ФШ. Производство ФШ и РК очень сложно и дорого и не менее трудоемко, чем производство самих ИМС. Стоимость их составляет 3550% стоимости всех выпускаемых МС.

3.2. Структура производства ИС.

Три фазы:

- заготовительная,

- обрабатывающая,

- контрольно-сборочная.

  1. Заготовительная  фаза.

а)  Получение сверхчистых материалов.

Si – (1011)N ;        As – (78)N;           Al – (78)N;

Ga – 8N;                  In – (67)N;            P, Zn – (67)N.

Каждая девятка повышает стоимость материала в 2-8 раз. Чтобы примесь проявила себя при NSi = и Nприм. =, нужно чтобы концентрация примеси была хотя бы на порядок выше концентрации дефектов структуры и неконтролируемых примесей.

б)  Изготовление подложек.

-         выращивание монокристаллов;

-         резка их на пластины.

в)  Изготовление комплекта рабочих копий фотошаблонов.

г) изготовление оснастки, инструментов, корпусов ИМС, производство хим. реактивов, вспомогательного и сборочного оборудования.

  1. Обрабатывающая фаза, (основные технологические операции)

а)   Очистка поверхности подложек.

б)   Окисление, получение защитного слоя  SiO2.

в)   Литография.

г)   Эпитаксия.

д)   Легирование.

е)   Металлизация.

ж)   Травление.

  1. Контрольно-сборочная фаза.

а)   Разделение пластин на отдельные чипы (скрайбирование).

б)   Сборка и герметизация в корпус.

в)   Испытание, контроль качества.

г)   Маркировка, упаковка.

Вставка рисунка 14.

1 – входной контроль;

2 – очистка поверхности подложки;

3 – окисление поверхности подложки (слой  SiO2);

4 – нанесение на слой окисла слоя фоторезиста;

5 – установка первой рабочей копии;

6 – экспонирование фоторезиста;

7 – термическая обработка для стабилизации свойств облучённых и необлучённых участков;

8 – вытравливание облучённых участков фоторезиста;

9 – вытравливание сквозь эти окна в фоторезисте незащищённых слоёв  SiO2 до кремниевой пластины;

10 – удаление остатков фоторезиста, остаётся поверхность, местами покрытая  SiO2 – это защитная маска;

11 – проведение какой-либо операции (легирование, эпитаксия, диффузия, металлизация);

12 – полное удаление SiO2;

13 и т. д. – повторение операций. Итого проводится  200-300 операций.

 

3.3.   Основные технологические операции производства ИС

3.3.1.ЛИТОГРАФИЯ.

Литография – это процесс переноса геометрического рисунка на поверхность. Используется при изготовлении эталонных ФШ, РК и создания рисунка на кристалле.

Существует несколько видов литографий:

а)  фотолитография (ФЛ) – в качестве потока лучей – ультрафиолетовое излучение (УФИ), длиной волны  0,350,4 мкм;

б)  электронно-лучевая литография (ЭЛЛ) – вместо УФИ - электронный луч, вместо фоторезиста – электронный резист;

в)  рентгеновская литография;

г)   ионно-лучевая литография.

Фотолитография (классический вариант)

Результатом проектирования МС является сначала набор чертежей – оригиналов. Эти оригиналы выполняются в масштабе  200:1 или  1000:1.

(В современном варианте информация с этих чертежей с помощью, преобразованная с помощью  аналогово-цифрового преобразователя хранится в памяти ЭВМ).

С этого оригинала с помощью проекционной аппаратуры изготавливается промежуточный фотошаблон - стеклянная пластина с нанесенным топологическим рисунком из фоторезиста в масштабе  10: 1.

Затем с помощью мультиплицирования с одновременным уменьшением размеров до 1:1 получают эталонный фотошаблон. На эталонном

фотошаблоне должно расположиться столько микросхем, сколько будет на подложке. Топологический рисунок на эталонном фотошаблоне выполняется из фоторезиста.    Изготавливается обычно  комплект эталонных фотошаблонов. N-число фотошаблонов в комплекте, где N - число основных технологических операций.

Вставка рисунка 15.

Рабочие копии фотошаблонов отличаются от эталонных те, что топологический рисунок на стекле выполняется из металлической или окисной пленки.

Вставка рисунка 16.

Рабочие копии используются в основной стадии производства для перенесения рисунка на подложку.

 

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить