Ушаков_ТПЭВМ (562162), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Распределение пленочных элементов в плоскости должно быть равномерным. Элементы контуров располагают на одних линиях (вертикальных или горизонтальных), а зазоры между элементами делают одинаковыми. После компоновки микросхемы определяют коэффициент заполнения подложки К_s, представляющий собой от­ношение используемой части подложки к общей площади. В сред­нем К_s = 0,45... 0,55. Зная К_s, можно определить площадь под­ложки.

Снижение трудоемкости при составлении топологии достига­ется применением ЭВМ, при помощи которой решают задачу оп­тимального размещения элементов микросхемы и проводников на подложке.

Оригинал интегральной микросхемы. Он представляет собой чертеж конфигурации топологического слоя тонкопленочной микро­схемы, предназначенного для получения фотошаблона. Размеры тонкопленочных микросхем обычно не превышают 50 мм. При увеличении 30^х оригинал будет иметь размеры 1,5 X 1,5 м, которые являются максимально допустимыми при фотокопирова­нии.

Оригиналы схемы получают вычерчиванием на жестком полу­прозрачном пластике или методом клейкой ленты. Применение прецизионной резательной машины дает возможность обеспечить точность по ширине ±0,025 мм. Более высокую точность можно получить применяя металлические ленты.

Изготовление оригинала интегральной микросхемы и фотошаб­лона. Фотошаблон представляет собой фотокопию оригинала ин­тегральной микросхемы, выполненной на прозрачном материале в масштабе 1:1 по отношению к размерам микросхемы.

Изготовление масок. Маски служат для получения требуемого рисунка схемы. Различают свободные и контактные маски. Сво­бодные маски выполняют в виде пластин (трафаретов) из бериллиевой бронзы, нержавеющей стали и других материалов с отвер­стиями требуемой конфигурации. С помощью маски производится экранирование отдельных участков подложки от потока осаждае­мого материала при его напылении в вакууме. При ионном распылении металлические маски не применяют, так как они иска­жают электрическое поле между анодом и катодом, а маски из диэлектрических материалов не находят широкого применения в связи со сложностью их изготов­ления. Свободные маски изготов­ляют механической обработкой или фототравлением.

Напыления элементов схемы. Вакуумное напыление через сво­бодную маску в общем случае обеспечивает повторение конфигу­рации маски с точностью ±25 мкм, а в некоторых случаях до ±10 мкм. Получаемая точность зависит от зазора между маской и подложкой, а зазор в свою очередь - от плоскостности маски и подложки.

Особую проблему представляет коробление маски, которая вследствие малой толщины имеет недостаточную жесткость. Решением задачи получения жесткой маски при малой ее толщине является применение биметаллической маски (рис. 15.14). Ее вы­полняют из достаточно толстой (150 мкм) фольги 2 с нанесением на ее поверхность тонким (10... 15 мкм) слоем другого металла 1,

который несколько выступает за вырезы в фольге. Этот слой вли­яет на рассеивание атомов осаждаемого вещества на подложку.

В практике применяют однооперационный и многооперацион­ный методы получения тонкопленочных элементов.

При однооперационном методе одновременно на ряд подложек осаждается один слой (например, только диэлект­рик или нижние обкладки конденсаторов). Затем подложки вынимают и меняют маски, через которые осаждают следующий слой. Осаждение каждого слоя требует разгерметизации рабочего объ­ема установки. Достоинством метода является высокая точность получения конфигурации элементов схемы, так как совмещение масок с подложками производится на воздухе. Однако при этом возможно загрязнение нанесенных слоев и увеличение продолжи­тельности выполнения операции, так как для получения рабочего вакуума порядка 10^-4 Па затрачивается 1,5...2 ч.

При многооперационном методе используют установ­ки (рис. 15.15), в которых смонтированы испаритель и соответст­вующая маска. Каждая позиция защищена экраном. Подложки расположены на карусельном устройстве и могут перемещаться из одной позиции в другие, совмещаясь с неподвижными масками. Напыление осуществляется одновременно на всех позициях и за один технологический цикл откачки можно изготовить пассивную часть тонкопленочной микросхемы. В этом случае полностью ис­ключается воздействие атмосферного воздуха. Однако многоопера­ционный метод требует применения сложной и дорогостоящей тех­нологической оснастки, работа которой в условиях высокого ва­куума и высоких температур может быть не всегда надежна.

Перед нанесением пленок производится вакуумная очистка под­ложек. Эта операция осуществляется при помощи специального электрода, к которому подводится положительное напряжение тлеющего разряда.

В начале напыления желательно применять заслонку между источником, и подложкой, на которую осаждается первоначальная пленка, содержащая летучие элементы.

Контактные маски образуются непосредственно на поверхно­сти подложки и предназначаются для однократного использова­ния. В качестве материала контактной маски применяют фоторе­зист или другой материал, стойкий к химическим воздействиям (хром, медь и др.). Наиболее широко такие маски применяют для получения микросхем со сложным рисунком и из материалов, труд­но поддающихся травлению.

Получение тонкопленочных структур с помощью контактной маски производят методом прямой или обратной (взрывной) фо­толитографии.

При методе прямой фотолитографии (рис. 15.1, 6) на подложку 2 наносят сплошную пленку 1 материала будущего элемента схемы (рис. 15.16, а) и покрывают слоем фоторезиста 4 (рис. 15.16, 6). После экспонирования с фотошаблона 3 и проявле­ния на поверхности подложки образуется фоторезистивная мас­ка 5 (рис. 15.16, б), через окна в которой производится травление (рис. 15.16, г). Контактная маска удаляется в растворителе и по­лучается требуемая схема 6 (рис. 15.16, д).

При методе обратной («взрывной») фотолито­графии (рис. 15.17) на подложку 3 наносят слой фоторезиста 2, толщина которого больше толщины будущего элемента, и экспо­нируют с фотошаблона 1 (рис. 15.17, а). После проявления на по­верхности подложки создается контактная фоторезистивная мас­ка 4, представляющая негативное изображение схемы (рис. 15.17, 6). На открытые и закрытые участки подложки наносят плен­ку 5 из материала будущего элемента схемы (рис. 15.17, в) и под­ложку помещают в слабый травитель, не оказывающий действия на материал элемента схемы. Фоторезистивная маска под дейст­вием растворителя отрывается от подложки, увлекая за собой часть пленки, расположенной на маске. В результате образуется требуемая схема 6 (рис. 15.17, г).

Недостатками фоторезистнвной маски являются трудности, свя­занные с очисткой подложки через отверстия в фоторезисте, и температурные ограничения, связанные с необходимостью сохра­нения маски. Эти недостатки устраняет металлическая контакт­ная маска. В качестве материала для таких масок при­меняют медь, хром и другие материалы. Они выдерживают высокую температуру при напылении и не требуют сильных травителей.

На рис. 15.18 представлены основные этапы типового техно­логического процесса изготовления резистивной матрицы методом селективного травления, которое применяется для получения слож­ного рисунка схемы с высокой точностью. На ситалловую подложку (рис. 15.18, а) напыляют четыре сплошных слоя: сплав МЛТ хром, золото и фоторезист. После экспонирования фоторезиста че­рез фотошаблон (рис. 15.18, б) и проявления на поверхности зо­лотой пленки образуется фоторезистивная маска (рис. 15.18, в). Затем производят селективное локальное травление пленки золота в смеси азотной и соляной кислоты (царская водка). Этот травитель не действует на слой хрома (рис. 15.18, г). Резистивную маску удаляют (15.18, д) и травят пленку хрома в соляной кислоте, ко­торая не действует на золо­то и сплав МЛТ (рис. 15.18, е). Для получения нужной схемы вторично наносят слой фоторезиста (15.18, ж) и после экспонирования (15.18, з) и проявления (рис. 15.18, и) производится трав­ление сплава МЛТ (рис. 15.18, к). Фоторезистивную маску удаляют и получают требуемую схему резистивной матрицы (рис. 15.18, л).

При изготовлении тонко­пленочных структур приме­няют танталовую и элек­тронно-лучевую техноло­гии.

Рис. 15.18. Последовательность изготов­ления тонкопленочной резистивной

мат­рицы методом селективного травления:

1 - фоторезист; 2 - пленка золота; 3 - плен­ка хрома; 4 - сплав МЛТ; 5 - подложка

Танталовая технология позволяет использовать один материал для получения проводниковых, резистивных и диэлектрических пле­нок. Пленки тантала полу­чают катодным распылени­ем. Для получения резистивных пленок с большим диапазоном удельного сопротивления применяют катодное реак­тивное распыление, а диэлектрические слои получают анодированием пленок тантала.

Электронно-лучевая технология наиболее целесообразна для изготовления микросхем, содержащих только пленочные резисто­ры и проводники. При этом на подложку напыляют сплошные резистивный и проводящий слои.

Для получения требуемой конфигурации элементов производит­ся обработка при помощи электронного луча по заданной про­грамме.

ГЛАВА 17

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

17.1. Элементы полупроводниковых микросхем

Полупроводниковыми интегральными микросхемами называют такие, у которых все элементы и межэлементные соединения вы­полнены в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала. Они могут быть построены на различных материалах. Однако наибольшее применение находит кремний вследствие ши­рокого интервала рабочих температур и возможности получения на его поверхности стойкой пленки диоксида кремния SiO₂. Эта пленка служит защитным покрытием при проведении ряда техно­логических операций, предохраняет схему от внешних воздействий и применяется для изоляции отдельных элементов.

Перспективным материалом является арсенид галлия. Он об­ладает высокой подвижностью электронов, прозрачен в инфра­красной области, имеет высокую теплопроводность и электроопти­ческие свойства. Схемы, построенные на арсениде галлия, обладают по сравнению с кремниевым в 5 раз большим быстродействием, меньшей мощностью рассеяния и более значительной радиационной стойкостью. Арсенид галлия применяют в оптоэлектронных и других устройствах, где используются его специфические свойства. Широкое использование его ограничивается трудностями получения монокристаллов больших размеров и создания изолирующих слоев. Преодоление этих трудностей может сделать этот материал основным при изготовлении полупроводниковых интегральных схем.

Э лементами полупроводниковых микросхем являются транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Транзисторы и диоды — основные элементы. Они имеют те же характеристики, что и в дискретном исполнении.

Транзисторы. В интегральных микросхемах используют биполярные и униполярные (полевые) транзисторы.

Характеристики

Список файлов книги