Нэгдсэн хэлхээний технологи. Хагас дамжуулагч микро схемийг үйлдвэрлэх технологи. Хийн фазын эпитакси. Аргын санаа, реакторын диаграмм

Оршил

1. аналитик тойм

2. Технологийн хэсэг

2.4.1 Субстратыг цэвэрлэх

2.4.2 Дулааны исэлдэлт

2.4.4 Ион суулгац

2.4.5 Төмөрлөх

2.4.6 Давхарга хоорондын тусгаарлагч

3. инженерийн болон эдийн засгийн тооцоо

Дүгнэлт

Оршил

Нэгдсэн хэлхээний технологи нь маш хурдацтай хөгжиж, гайхалтай амжилтанд хүрсэн. Электроник нь хөгжлийн хэд хэдэн үе шатыг туулсан бөгөөд энэ хугацаанд элементийн суурийн хэд хэдэн үе өөрчлөгдсөн: цахилгаан вакуум төхөөрөмжийн дискрет электроник, микро схемийн нэгдсэн электроник (микроэлектроник), функциональ микроэлектроник төхөөрөмжийн нэгдсэн электроник (функциональ микроэлектроник). Одоогийн байдлаар энэ нь үндэсний эдийн засгийн бараг бүх салбарыг сайжруулахад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэж байна (нэгдсэн хэлхээг компьютер, компьютерийн дизайны систем, үйлдвэрлэлийн робот, харилцаа холбоо гэх мэт) ашигладаг.

Хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээг (IC) үйлдвэрлэхэд ашигладаг технологийн процессууд нь бүлгийн шинж чанартай байдаг, өөрөөр хэлбэл. Олон тооны IC-ийг нэгэн зэрэг үйлдвэрлэдэг. Технологийн олон үйлдлүүд нь 200 ширхэг вафель боловсруулах боломжтой бөгөөд энэ нь нэг сая гаруй электрон төхөөрөмжийг нэгэн зэрэг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Хавтгай технологийн асар их боломжуудыг хэрэгжүүлэхийн тулд технологийн бүх үе шатанд хагас боловсруулсан бүтээгдэхүүний өндөр чанартай дээжийг үйлдвэрлэхэд шаардлагатай олон тооны ерөнхий шаардлага, технологийн тодорхой нөхцлийг хангах шаардлагатай. "Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх" тусгай ангилалд багтсан, ялангуяа цэвэр үндсэн болон туслах материал, технологийн болон хяналтын нарийн тоног төхөөрөмж, технологийн эрүүл ахуйн ийм өндөр шаардлагыг хангасан үйлдвэрлэлийн байгууламжийг ашиглахгүйгээр үүнийг хийх боломжгүй юм. үйлдвэрүүд.

Энэхүү төслийн зорилго нь хатуу биет электроникийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх орчин үеийн технологийн арга барилыг судлах, Шоттки диод бүхий MOS транзисторыг үйлдвэрлэх эцсийн технологийн процессыг боловсруулахад оршино.

транзисторын нэгдсэн хэлхээ

1. Аналитик тойм

Тусгаарлагдсан хаалганы талбайн эффект транзистор нь хээрийн эффектийн транзистор бөгөөд хаалга нь диэлектрик давхаргаар сувгаас цахилгаанаар тусгаарлагдсан байдаг. Тусгаарлагдсан хаалганы талбайн эффектийн транзистор нь харьцангуй өндөр эсэргүүцэлтэй хагас дамжуулагч хавтан (субстрат) -аас бүрдэх ба үүнд эсрэг төрлийн цахилгаан дамжуулалт бүхий хоёр бүс үүсдэг). Металл электродуудыг эдгээр газруудад хэрэглэдэг - эх үүсвэр ба ус зайлуулах. Эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хоорондох хагас дамжуулагчийн гадаргуу нь нимгэн диэлектрик давхаргаар хучигдсан байдаг (ихэвчлэн цахиурын ислийн давхарга). Металл электрод - хаалга - диэлектрик давхаргад хэрэглэнэ. Үүний үр дүнд метал, диэлектрик ба хагас дамжуулагчаас бүрдэх бүтэц бий болно (Зураг 1). Тиймээс тусгаарлагдсан хаалгатай талбайн эффект транзисторыг ихэвчлэн MOS транзистор эсвэл MOS транзистор (металл-оксид (оксид)-хагас дамжуулагч) гэж нэрлэдэг.

Зураг 1 - MOSFET транзисторын топологи ба үндсэн элементүүд

MOS-IC үйлдвэрлэлийн технологи нь хагас дамжуулагч IC-ийн үйлдвэрлэлийн процессуудын дунд давамгайлах байр суурийг эзэлдэг. Үүнийг MOS транзистор дээр суурилсан IC нь янз бүрийн функциональ зориулалттай микроэлектроникийн үндсэн бүтээгдэхүүний нэлээд хэсгийг бүрдүүлдэгтэй холбон тайлбарлаж байна. Өндөр найдвартай байдал, үйл ажиллагааны нарийн төвөгтэй байдлаас шалтгаалан MOS-IC нь биполяр транзистор дээр суурилсан IC-ээс бага геометрийн хэмжээстэй байдаг. MOS-IC чипийг үйлдвэрлэх технологи нь хоёр туйлт IC-ийн технологитой олон талаараа төстэй юм. Энэ ялгаа нь MOS-IC-ийн хэд хэдэн дизайн, технологийн онцлогтой холбоотой юм.

Суурилуулсан болон өдөөгдсөн суваг бүхий MOS транзисторууд байдаг:

· Суваг дээрх MOSFET-ууд нь чип дээрх тусгай сувагтай бөгөөд дамжуулалтыг хаалганы хэвийлтээр зохицуулдаг. P хэлбэрийн сувгийн хувьд эерэг суваг нь суваг дахь нүхийг түлхэж (хоолдох горим), сөрөг суваг нь татдаг (баяжуулах горим). Үүний дагуу сувгийн дамжуулалт нь тэг хэвийсэн утгатай харьцуулахад буурч эсвэл нэмэгддэг.

Өдөөгдсөн сувгийн MOSFET-д их хэмжээний хольцтой эх үүсвэр ба ус зайлуулах хэсгүүдийн хооронд дамжуулагч суваг үүсдэг тул мэдэгдэхүйц ус зайлуулах гүйдэл нь зөвхөн тодорхой туйлшрал ба эх үүсвэртэй харьцуулахад хаалганы хүчдэлийн тодорхой утгад (p-ийн хувьд сөрөг) гарч ирдэг. суваг ба n-сувгийн хувьд эерэг). Энэ хүчдэлийг босго гэж нэрлэдэг.

Аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлд анхдагч нь p-MOS-ICs байсан, учир нь n-MOS-IC-ийн үйлдвэрлэл нь IC-ийн элементүүдийг цахилгаанаар холбодог урвуу n-давхаргын дулааны исэлдэлтийн үед p-Si гадаргуу дээр гарч ирснээр хүндрэлтэй байсан. Гэвч одоогоор n-суваг IC нь үйлдвэрлэлд давамгайлж байна.

Цахиур дахь электронуудын хөдөлгөөн нь нүхний хөдөлгөөнөөс хамаагүй их байдаг тул сувгийн электрон дамжуулалт бүхий транзисторууд нь илүү сайн шинж чанартай байдаг.

MDP-IC-ийг хавтгай технологи ашиглан үйлдвэрлэдэг. Технологийн үйл явцын хамгийн чухал мөчүүд нь: хаалганы диэлектрик үүсгэх, хаалгыг сувагтай нарийн тохируулах, богино сувгийн урттай бүтцийг олж авах явдал юм.

Тусгаарлагдсан хаалгатай талбайн транзисторын хувьд үүнийг Schottky диодтой хослуулж болно. Нэгдсэн Schottky диод нь хагас дамжуулагч-металл контакт бөгөөд түүний дээр Шотткигийн саад гэж нэрлэгддэг. Тодорхой шаардлагыг харгалзан хийсэн энэ төрлийн шилжилт нь одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын тэгш бус байдал, саад тотгорын багтаамж зэрэг нөлөөгөөр тодорхойлогддог. Ийм шилжилтийг олж авахын тулд электрон хагас дамжуулагчийн гадаргуу дээр электрод хэлбэрээр байрлуулсан металл нь хагас дамжуулагчийн ажлын функцээс бага ажлын функцтэй байх ёстой; нүхний хагас дамжуулагчийн гадаргуу дээр байрлуулсан электродын хувьд илүү өндөр ажлын функцтэй металл шаардлагатай (Зураг 2).

Зураг 2 - Металл ба p хэлбэрийн хагас дамжуулагчийн хоорондох холбоо барих цэг дээр Шоттки бартер үүсэх диаграмм

Энэ тохиолдолд гүйдлийн чиглэлээс үл хамааран уулзварын өндөр дамжуулалтыг хангадаг хагас дамжуулагчийн дотор металлын интерфейс дээр ихэнх дамжуулагчаар баяжуулсан давхарга үүсдэг.

Ерөнхийдөө Schottky диод бүхий MOS транзисторыг үйлдвэрлэхэд нэмэлт технологийн үйл ажиллагааг нэвтрүүлэх шаардлагагүй болно.

2. Технологийн хэсэг

2.1 Технологийн процессын тодорхойлолт

Зураг 3 - Schottky диод бүхий MOS транзисторыг үйлдвэрлэх технологийн үйлдлүүдийн дараалал

Борыг ионы суулгацын тусламжтайгаар эх хавтан руу оруулж, p төрлийн субстратыг олж авдаг (Зураг 3, a).

Үүний дараа фотолитографи, фосфорын ионы суулгацын тусламжтайгаар донорын агууламж нэмэгдсэн хэсгүүд үүсдэг (Зураг 3, c-e).

Дараа нь цахиурын давхар ислийн нэмэлт давхарга ургадаг. Энэ үе шатанд температур өндөр байдаг тул энэ үйл ажиллагааны явцад фосфорын хольц нь субстратын гадаргуугийн ойролцоох давхаргын зузаанд жигд тархдаг (Зураг 3, g).

Ердийн фотолитографийн тусламжтайгаар бид ирээдүйн транзисторын ус зайлуулах суваг, эх үүсвэрийг тусгаарлах хэсэгт цахиурын ислийг зайлуулдаг (Зураг 3h).

Одоо үйлдвэрлэлийн бүх мөчлөгийн хамгийн чухал үйл ажиллагаа бол хаалганы диэлектрикийг өсгөх явдал юм (Зураг 3, i).

Одоо зөвхөн ус зайлуулах суваг, эх үүсвэр, хаалганы электродууд, түүнчлэн Шотткийн уулзварыг бий болгоход л үлддэг. Одоо бид энэ металлжуулалтыг хялбаршуулсан байдлаар харуулах болно (Зураг 3, j), дараа нь бид түүний үүсэх зарчмуудыг илүү нарийвчлан авч үзэх болно (2.4.5-р хэсэг).

2.2 Үйлдвэрлэлийн байрны ангиллыг сонгох

Цэвэр өрөө, цэвэр бүсийн цэвэр байдлын ангилалд тавигдах орчин үеийн шаардлага нь АНУ-ын Холбооны FS209E стандартад тодорхойлсон стандартад үндэслэсэн болно. Бэлтгэсэн Оросын стандартын төслийг АНУ-ын энэхүү стандарттай нийцүүлсэн.

Цэвэр байдлын шалгуур нь хавтанцарын гадаргуу дээр байгаа бохирдлын тоосонцор байхгүй эсвэл хамгийн бага тоо юм, тэдгээр нь ургасан давхаргад согог үүсгэдэг эсвэл хөрш зэргэлдээ байрлах IC элементүүдэд богино холболт үүсгэдэг.

Хүснэгт 1 - Цэвэр өрөөнд агаарт байгаа тоосонцорыг цэвэрлэх ангиуд

Цэвэрлэгээний анги	Хэмжээтэй тэнцүү буюу түүнээс их хэмжээтэй (мкм) N (ш/м 3) тоосонцрын зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээ
ISO ангилал 1
ISO анги 2
ISO анги 3
ISO 4-р анги
ISO анги 5
ISO анги 6
ISO анги 7
ISO 8-р анги
ISO анги 9

Тоон шалгуур - бөөмийн чухал хэмжээ - IC элементийн хамгийн бага геометрийн хэвтээ хэмжээсийн гуравны нэг:

Тиймээс та ISO 1-ээс ISO 6 хүртэлх цэвэр байдлын ангилалд тохирсон цэвэр өрөөг сонгох боломжтой. Мөн өртөгт анхаарлаа хандуулж, бид агаар дахь тоосонцрын зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээ нь авч үзэж буй хэмжээтэй тэнцүү буюу түүнээс их байх ISO 2 цэвэр байдлын ангиллыг сонгодог. 0.2 микрон (1м3 агаар дахь тоосонцрын тоо) нь:

энд N нь ISO-ийн цэвэр байдлын ангийн дугаар; D нь авч үзэж буй бөөмийн хэмжээ, микрон.

2.3 Үндсэн материал, урвалж

Олон жилийн турш нэг талст цахиур нь нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэхэд ашигладаг гол хагас дамжуулагч материал хэвээр байна. Цахиур хавтан нь тодорхой цахилгаан шинж чанартай хагас дамжуулагч хэсгүүдийг гадаргуугийн давхаргад бий болгох үндэс суурь юм. Диэлектрик давхаргууд нь хагас дамжуулагч материалыг өөрөө исэлдүүлэх эсвэл гадны эх үүсвэрээс диэлектрик хэрэглэх замаар цахиурын гадаргуу дээр үүсдэг; олон давхаргат металлжуулалт, хамгаалалтын, тогтворжуулах давхарга гэх мэт бүтэц үүсдэг. Цахиур хавтанд тавигдах шаардлагыг нарийвчлан боловсруулсан; SEMI нийгэмлэгийн олон улсын стандартын бүхэл бүтэн каталог байдаг; үүнтэй зэрэгцэн цахиурт тавигдах шаардлага байнга нэмэгдсээр байгаа нь зардлыг бууруулах байнгын хүсэл эрмэлзэлтэй холбоотой юм. эцсийн бүтээгдэхүүний - нэгдсэн хэлхээ.

ETO.035.124TU, ETO.035.206TU, ETO.035.217TU, ETO.035.240TU, ETO.035.578TU, PBCO.032.015TU техникийн үзүүлэлтүүдийн дагуу цахиур хавтангийн зарим геометрийн шинж чанаруудыг доор харуулав.

Хавтангийн диаметр 100 мм.

Цахиурын субстратын (100) чиг баримжаа нь цахиур тусгаарлагчийн интерфэйс дэх гадаргуугийн төлөв байдлын нягтрал багатай тул электроны өндөр хөдөлгөөнтэй (111) чиглэлээс давуу талтай.

Хавтангийн зузаан 500 микрон.

Багц дахь зузаанын утгын тархалт ±10 мкм байна.

Хавтан дээрх зузааны утгын тархалт ±12 мкм байна.

20 микрон хазайлт.

Хавтгай байдлын хазайлт ±5 μм.

Гэрэлтэгч цэгүүдийн тоо, 10-аас бага

Ионгүйжүүлсэн усан дээр хольц, механик хэсгүүдэд тавигдах өндөр шаардлага тавигддаг. 0.8-1.2 микрон элементийн хамгийн бага хэмжээтэй хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэхэд зориулсан хэт цэвэр усны санал болгож буй параметрүүдийг харуулсан олон улсын SEMI нийгэмлэгийн удирдамжийн материалаас авсан хандыг 2-р хүснэгтэд үзүүлэв. SEMI стандартын дагуу шингэн урвалжийн холбогдох индексийг SEMI C7 гэж бичнэ.

Усны цахилгаан эсэргүүцлийн параметрийн утга нь 18.2 МОм см-ийн онолын утгатай ойролцоо байх ёстой.

Хүснэгтэд заасан параметрүүдээс гадна SEMI зөвлөмжүүд нь усанд олон тооны металлын ул мөр байгаа эсэх талаархи мэдээллийг өгдөг. Ли, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb зэрэг металлуудын агууламжийн шинжилгээг хийдэг.

SEMI C7 зэрэглэлийн усны хувьд эдгээр бүх элементүүдийн зөвшөөрөгдөх агууламж нь 0.001-0.005 ppb хооронд хэлбэлздэг.

Нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлд ашигладаг шингэн химийн бодисын цэвэр байдлын түвшинг олон улсын хэд хэдэн стандартаар тодорхойлдог бөгөөд интеграл хэлхээний нарийн төвөгтэй байдлын түвшингээс хамааран янз бүрийн зэрэглэлүүд байдаг.

"2-р анги" нь SEMI C7 тэмдэгтүүдээс эхэлдэг стандарт тэмдэглэгээтэй. "2-р зэрэглэлийн" цэвэршилттэй урвалжуудыг 0.8-1.2 микрон-ийн хэмжээтэй дизайн стандарт бүхий нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэхэд ашигладаг бөгөөд энэ нь даалгаврын шаардлагад нийцдэг. "2-р зэрэглэлийн" урвалжуудад 0.5 микрон ба түүнээс дээш хэмжээтэй гадны тоосонцорыг хянадаг. Бараг бүх төрлийн урвалжуудад хамгийн их норм нь 1 мл урвалж тутамд 25 ширхэг байдаг. Ийм урвалжуудын техникийн үзүүлэлтүүд нь 5-10 ppb металлын агууламжийг заадаг.

Өндөр цэвэршилттэй химийн бодисын стандартаас гадна заавар хэлбэрээр техникийн үзүүлэлтүүдийг боловсруулсан.

Тэдгээрийн дагуу цэвэр байдлын гурван түвшний (шатлал) бий болсон: A, B, C (англи хэл дээр - A, Tier B, Tier C). А түвшин нь SEMI C7 стандартын шаардлагыг хангасан. Үүний дагуу энэхүү технологийн процессын урвалжууд нь A зэрэглэлийг хангасан байх ёстой.

Хий нь нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн технологид онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Бараг бүх технологийн процессууд хийн орчинд явагддаг бөгөөд хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн "бохирдолгүй" үйлдвэрлэлийг бий болгох асуудал нь хийн цэвэршилттэй холбоотой асуудал юм. Технологийн процесс дахь химийн урвалын тээвэрлэгч хий ба хий гэсэн хоёр төрлийн хийн орчин байдаг. Тээвэрлэгч хийн хэсэгчилсэн даралт нь дүрмээр өндөр байдаг тул ажлын хийн орчинд өндөр концентрацийг харгалзан тэдний цэвэршилт нь технологийн хувьд онцгой ач холбогдолтой юм.

Хүснэгт 3 - IC үйлдвэрлэлийн процесс дахь хий

	Нэр	Химийн томъёо
				533 (үүнээс 500 ppm нь устөрөгч H2)
	Борын трихлорид		99.9995 (шингэн үе дэх жингээр)	5 (шингэн үе дэх жингээр)
	Бор трифторид			0.94% - усанд уусдаггүй хий, 200 ppm - SiF 4. Бусад хольц - 28 ppm.
	Нүүрстөрөгчийн тетрафторид			30, түүний дотор 20 - N 2, 5 - O 2
				1012, үүнээс 300 - B 4 H 10 - тетраборан
	Дихлоросилан			Гол хольц нь шингэн үе дэх бусад хлоросиланууд юм
	Гексафтороэтан
	Устөрөгчийн хлорид
	Фторын ангидрид			525, түүний дотор 200 - усны уурын эзэлхүүн
	Азотын трифторид			1000, үүнд CF 4 - 500, CO - 130, N 2 -100, O 2 - 100
	Азотын исэл			26, түүний дотор 10 - N 2
	Хүчилтөрөгч
				181, үүнд 100 - H 2, 50 - N 2
	Моносилан
	Цахиурын тетрахлорид			Үндсэн хольц: Шингэн үе шатанд SiH 2 Cl 2 - 0.2%, шингэн үе шатанд SiHCl 3 - 0.2%.
	Хүхрийн гексафторид			209, түүний дотор 100 - CF 4
	Гянт болд гексафторид			39, түүний дотор 20 - HF
	Хлор трифторид

2.4 Технологийн үндсэн үйл ажиллагаа

2.4.1 Субстратыг цэвэрлэх

Аливаа субстрат нь тодорхой хэмжээний бохирдуулагч бодис агуулдаг нь ойлгомжтой. Эдгээр нь тоосны тоосонцор, янз бүрийн бодисын молекулууд, органик бус ба органик аль аль нь байж болно. Тоос тоосонцорыг механик сойз эсвэл хэт авианы цэвэрлэгээгээр арилгадаг. Төвөөс зугтах тийрэлтэт онгоцыг ашигладаг аргуудыг ашигладаг. Химийн цэвэрлэгээ нь ихэвчлэн органик бус молекул, атомыг устгасны дараа хийгддэг бөгөөд органик бохирдуулагчийг зайлуулахаас бүрдэнэ.

Ердийн цэвэрлэгээний процедурыг H 2 O-H 2 O 2 -NH 4 OH хольцоор хийдэг бөгөөд энэ нь аммонийн гидроксидын уусгагч нөлөө, устөрөгчийн хэт ислийн исэлдүүлэгч нөлөөнөөс болж органик нэгдлүүдийг зайлуулах боломжийг олгодог. Хүнд металлыг зайлуулахын тулд H 2 O-H 2 O 2 -HCl уусмалыг хэрэглэнэ. Субстратын ийм цэвэрлэгээг ~80 хэмийн температурт 10-20 минутын турш хийж, дараа нь угааж, хатаана.

2.4.2 Дулааны исэлдэлт

Хагас дамжуулагчийн исэлдэлт нь исэлдүүлэгч бодисуудтай харилцан үйлчлэх үйл явцыг хэлнэ: хүчилтөрөгч, ус, озон гэх мэт.

Цахиурын давхар ислийн давхарга нь ихэвчлэн хагас дамжуулагчийн гадаргуугийн ойролцоох хэсэгт цахиур ба хүчилтөрөгчийн атомуудын химийн харилцан үйлчлэлийн улмаас цахиурын хавтан дээр үүсдэг. Хүчилтөрөгч нь зууханд 900 - 1200 хэм хүртэл халаасан цахиурын субстратын гадаргуутай харьцдаг исэлдүүлэгч орчинд агуулагддаг. Исэлдүүлэгч орчин нь хуурай эсвэл нойтон хүчилтөрөгч байж болно. Суурилуулалтын бүдүүвч зургийг 4-р зурагт үзүүлэв (орчин үеийн суурилуулалтанд субстрат эзэмшигчийн хавтангууд нь босоо байрлалтай байдаг).

Зураг 4-Дулааны исэлдэлтийн процессыг суурилуулах схем

Тоног төхөөрөмжийн шаардлага:

1) субстрат эзэмшигчийн температурыг 1 градусын нарийвчлалтайгаар хянадаг;

2) реактор дахь температурын жигд өсөлт, бууралтыг хангах (хоёр үе шаттай халаалт);

3) реактор дахь гадны тоосонцор байхгүй (субстрат эзэмшигчийг эхлээд реакторын хоолойд оруулж, дараа нь ёроол руу буулгана);

4) реакторын дотоод гадаргуу дээр гадны хольц, ялангуяа натрийн ион байхгүй байх (тэдгээрийг арилгахын тулд реакторын хоолойг хлороор урьдчилан цэвэрлэнэ);

5) цахиурын хавтангуудыг химийн аргаар цэвэрлэсний дараа шууд реакторт оруулахыг баталгаажуулах.

Цахиур ялтсын гадаргуу дээр үүсэх химийн урвал нь дараах тэгшитгэлийн аль нэгэнд тохирно.

· хуурай хүчилтөрөгчийн агаар мандалд исэлдэлт (хуурай исэлдэлт): Si TV + O 2 = SiO 2;

· Усны уур дахь исэлдэлт (нойтон исэлдэлт): Si TV + 2H 2 O = SiO 2 + 2H 2;

· хлорын дэргэд дулааны исэлдэлт (хлорын исэлдэлт);

· Өндөр температур ба даралт дахь усны уур дахь исэлдэлт (гидротермаль исэлдэлт).

Ижил температурт цахиурын давхар исэл дэх усны тархалтын коэффициент нь хүчилтөрөгчийн тархалтын коэффициентээс хамаагүй өндөр байдаг. Энэ нь чийгтэй хүчилтөрөгч дэх оксидын өсөлтийн хурдыг тайлбарлаж байна. Чанар муутай ислийн улмаас хальсыг зөвхөн чийглэг хүчилтөрөгчөөр ургуулдаг. Хуурай хүчилтөрөгчөөр илүү сайн хальсыг олж авдаг боловч тэдний өсөлтийн хурд хэт бага байна.

Орон нутгийн эмчилгээний үед маск хийхийн тулд исэлдэлтийг хуурай-нойтон-хуурай хүчилтөрөгчийн горимд явуулдаг. MOS бүтцийн хаалганы диэлектрик үүсгэхийн тулд хуурай хүчилтөрөгчийг ашигладаг, учир нь Кинонууд нь илүү чанартай байдаг.

2.4.3 Литографийн үйл явц

Микро схемийн бүтцийг үйлдвэрлэхэд литографийн гол зорилго нь үүссэн технологийн давхаргын топологитой тохирч буй хавтангийн гадаргуу дээр цонхтой контактын маскыг олж авах, цаашлаад топологийг (загвар) маскаас бүрээс рүү шилжүүлэх явдал юм. Энэ давхаргын материал. Литографи нь актиник цацрагийн үед эсэргүүцлийн хэсгүүдэд тохиолддог үзэгдлийг ашиглахад суурилсан нарийн төвөгтэй технологийн процесс юм.

Цацрагийн дараа хөгжүүлэгч дэх уусах чанар нь нэмэгддэг эсэргүүцлийг эерэг гэж нэрлэдэг. Цацрагийн дараа сөрөг эсэргүүцэл нь хөгжүүлэгчд бараг уусдаггүй.

Электроникийн үйлдвэрлэлийн стандарт практик нь оптик литографи - фотолитографи (Зураг 5) бөгөөд үүнд 200-аас 450 нм долгионы урттай актиний цацрагт мэдрэмтгий фоторезистүүдийг ашигладаг. Фоторезистүүд нь гэрэл мэдрэмтгий, хальс үүсгэдэг бүрэлдэхүүн хэсэг, уусгагч, тусгай нэмэлт агуулсан цогц полимер найрлага юм.

Төсөл нь хагас дамжуулагч төхөөрөмж, нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлд контакт ба проекцын фотолитографийн процессыг хэрэгжүүлэхэд зориулагдсан эерэг, өндөр чанартай, тогтвортой фоторезист FP-20F-ийг ашигладаг. Үүний дагуу сийлбэр хийхэд KOH эсвэл NaOH-ийн сул усан уусмалыг ашиглаж болно.

Фоторезистийг хэрэглэх хамгийн оновчтой арга бол центрифуг юм. Субстрат нь хэвтээ центрифуг дээр бэхлэгдсэн байна. 1-5 мл фоторезистийг субстрат дээр (субстратын хэмжээнээс хамаарч) хэрэглэнэ. Центрифугийг 1000-3000 эрг / мин хурдтай эргүүлнэ (фоторезистийн брэндээс хамаарна). Уусгагч уурших үед фоторезист кино үүсэх хүртэл эргэлт 1-2 минутын турш үргэлжилнэ.

Зураг 5 - Фотолитографийн үйл явцын үндсэн үйл ажиллагааны схем

Хэд хэдэн өртөлтийн аргууд байдаг бөгөөд төсөлд бид контактгүй аргыг ашиглах болно (Зураг 6). Проекцоор хэвлэх нь загварын гадаргуугийн эвдрэлийг бүрэн арилгадаг. Загварын топологийн хэв маягийн дүрсийг загвараас хэдэн см зайд байрлах эсэргүүцлээр бүрсэн хавтан дээр байрлуулна.

1 - гэрлийн эх үүсвэр; 2- оптик систем; 3 - загвар;

4- фоторезист; 5 - цахиур хавтан.

Зураг 6 - Төсөл хэвлэх схем

Өндөр нарийвчлалтай болгохын тулд загварын дизайны багахан хэсгийг л харуулна. Энэхүү жижиг ойсон хэсгийг сканнердаж эсвэл вафельний гадаргуу дээгүүр хөдөлгөдөг. Проекц хэвлэх төхөөрөмжийг сканнердахдаа загвар болон хавтан нь синхроноор хөдөлдөг.

Фоторезистийг хатаах үед температур, цагийг зөв сонгох нь маш чухал юм. Фоторезистийг хатаах ажлыг хамгийн түгээмэл арга - IR цацрагаар гүйцэтгэнэ. Энэ тохиолдолд уусгагчийг эсэргүүцэх давхаргын бүх зузаанаар жигд зайлуулж, нягтрал үүсэхгүй, хатаах хугацаа хэдэн минут хүртэл буурдаг.

2.4.4 Ион суулгац

IC-ийн тодорхой геометрийн бүтцийг бүрдүүлэхдээ давхаргын тодорхой цахилгаан параметрүүдийг олж авахын тулд хагас дамжуулагч материалыг допинг хийх нь технологийн хамгийн чухал ажил хэвээр байна. Допингийн хоёр төрөл байдаг: тархалт (бохирдлыг жолоодох үе шатууд ба дараагийн хурдатгал орно) ба ион.

Хамгийн түгээмэл нь ионжуулсан атомыг газрын гадаргуугийн бүсэд нэвтрэн ороход хангалттай энергитэй объект руу нэвтрүүлэх үйл явц болох ионы суулгац (ионы допинг) юм (Зураг 7). Энэ арга нь олон талт байдал (ямар ч хольцыг ямар ч хатуу бодист оруулж болно), хайлшлах процессын цэвэр байдал, нарийвчлал (хяналтгүй хольцын нэвтрэлт бараг арилдаг) болон процессын бага температураар ялгагдана.

1 - ионы эх үүсвэр; 2 - масс спектрометр; 3 - диафрагм; 4 - өндөр хүчдэлийн эх үүсвэр; 5 - хурдасгах хоолой; 6 - линз; 7 - линзний тэжээлийн хангамж; 8 - босоо цацрагийн хазайлтын систем ба цацрагийг хаах систем; 9 - хэвтээ цацрагийн хазайлтын систем; 10 - төвийг сахисан хэсгүүдийг шингээх зорилтот; 11 - субстрат.

Зураг 7 - Ионы допингийн тохиргооны диаграм

Ионы суулгацын үед сувгийн нөлөөлөл, субстратын гадаргуугийн ойролцоох давхаргын аморфизаци, цацрагийн согог үүсэх зэрэг олон тооны хүсээгүй үр дагавар гарч ирдэг.

Сувгийн нөлөө нь атомын эгнээ хоорондын чөлөөт орон зайд ион орох үед ажиглагддаг. Ийм ион нь сувгийн ханатай сул гулсах мөргөлдөөний улмаас эрчим хүчээ аажмаар алдаж, эцэст нь энэ бүс нутгийг орхино. Суваг дахь ионы туулах зай нь аморф зорилтот ионы замын уртаас хэд дахин их байж болох бөгөөд энэ нь хольцын тархалтын төлөв жигд бус байна гэсэн үг юм.

Цахиурын талст субстрат руу ионуудыг оруулах үед тэдгээр нь электрон болон цөмийн мөргөлдөөнд өртдөг боловч зөвхөн цөмийн харилцан үйлчлэл нь цахиурын атомуудыг нүүлгэн шилжүүлэхэд хүргэдэг. Хөнгөн ба хүнд ионууд субстраттай харилцан адилгүй байдаг.

Хөнгөн ионууд нь бай руу орохдоо эхлээд электрон тоормосыг мэдэрдэг. Субстратын гүнд шилжсэн атомуудын тархалтын профайлд хамгийн их далд концентраци байдаг. Хүнд ионууд нэвтрэн ороход тэр даруй цахиурын атомууд хүчтэй дарангуйлагдаж эхэлдэг.

Хүнд ионууд нь субстратын гадаргуугийн ойролцоох талст торны хэсгүүдээс олон тооны зорилтот атомуудыг нүүлгэн шилжүүлдэг. Хагарсан цахиурын атомуудын чөлөөт замын тархалтыг давтдаг цацрагийн согогийн нягтын тархалтын эцсийн профайлд өргөн далд оргил байдаг. Жишээлбэл, хөнгөн 11 B ионууд голчлон электрон тоормозтой байдаг бол хүнд 31 P эсвэл 75 As ионууд цахиурын атомаар тоормослогддог.

Үүнтэй холбогдуулан ионы допингийн дараа зорилтот газрын гадаргуугийн ойролцоох хэсгийг сэргээхийн тулд суулгацын дараах анивалтыг хийх шаардлагатай.

Фосфорыг нэвтрүүлэх замаар бид ус зайлуулах болон эх үүсвэрийн бүсийг бүрдүүлж, p хэлбэрийн субстратыг олж авахын тулд бид анхны субстратыг бороор дүүргэнэ.

2.4.5 Төмөрлөх

Металлжуулалт нь хагас дамжуулагч бүтэц үүсэх процессыг дуусгадаг. IC бүрийн хувьд металлжуулалтыг нэг материалаас хийхийг зөвлөж байна. Металлжуулах үйл явц нь бага эсэргүүцэлтэй харилцан холболтыг хэрэгжүүлэх, өндөр хольцтой p ба n төрлийн бүсүүд болон поликристал цахиурын давхаргад бага эсэргүүцэлтэй контактуудыг бий болгохоос бүрдэнэ.

Курсын төслийн даалгаврын дагуу металлжуулалтын 3 давхаргыг бүрдүүлэх шаардлагатай. Энэхүү металлжуулалт нь шаардлагыг бүрэн хангасан боловч технологийн хувьд бага дэвшилтэт, учир нь нэгээс илүү металлын давхаргыг агуулдаг.

Галд тэсвэртэй металлууд, ялангуяа молибден, ванадий нь исэлд металлжуулалтын эхний давхарга болгон ихэвчлэн ашиглагддаг. Эдгээр нь бусад галд тэсвэртэй металлуудаас илүү цахилгаан дамжуулах чадвартай, өндөр тогтвортой байдал, сайн наалддаг шинж чанартай бөгөөд фотолитографаар амархан сийлдэг. Тэдгээр нь субстратын материалд бага уусах чадвартай байх ёстой бөгөөд хагас дамжуулагчтай сайн ohmic холбоо үүсгэж, бага босго хүчдэлтэй байх ёстой. Хоёрдахь давхарга нь ихэвчлэн хөнгөн цагаан, ялангуяа чухал төхөөрөмжид алт байдаг. Энэ нь өндөр дамжуулалттай байх ёстой.

Дамжуулагч давхарга гэж нэрлэгддэг хэрэглээний дарааллын сүүлчийн металлжуулалтын давхарга нь сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай байх ёстой бөгөөд контактын дэвсгэрийг орон сууцны терминалуудтай өндөр чанартай холбох ёстой. Дамжуулагч давхаргын хувьд зэс, хөнгөн цагаан, алтыг ашигладаг.

Металл хальс үйлдвэрлэх олон арга байдаг. Дулааны вакуум хуримтлалыг ашиглан өндөр чанартай, бохирдоогүй хальс авах нь хэцүү байдаг. Дулааны вакуум ууршилтаар олж авсан хөнгөн цагаан хальс нь үр тарианы хэмжээ жигд бус, үр тарианы дотор өндөр агууламжтай байдаг. Тэдний дараагийн дулааны боловсруулалт нь металлын атомуудын шилжилт хөдөлгөөн, өндөр сүрьеэ үүсэх замаар том хэсгүүдийн эргэн тойронд хуримтлагдахад хүргэдэг. Ийм хальсан дээрх хэв маягийг фотолитографийн аргаар олж авах нь үр тарианы хилийн дагуу сийлбэр хийх анизотропийн улмаас ирмэгийн том жигд бус байдалд хүргэдэг. Тиймээс маш бага өргөнтэй металлжуулалтын шугамыг авахын тулд дулааны вакуум процессыг орхисон. Уур-хийн хольцоос хальсыг химийн аргаар буулгах аргыг лабораторийн нөхцөлд ихэвчлэн ашигладаг. Электрон цацраг нь угсралтын дизайныг төвөгтэй болгодог хэдий ч хальсны бохирдлыг бууруулж, процессын бүтээмжийг нэмэгдүүлэх боломжтой (Зураг 8). Киноны өсөлтийн оновчтой хурд нь 0.5 мкм/мин. Энэ аргыг ашиглан хөнгөн цагаан ба түүний хайлш, түүнчлэн Si, Pd, Au, Ti, Mo, Pt, W зэрэг хальсыг хэрэглэнэ.

Зураг 8 - Электрон цацрагийн ууршилтын үйл явцын схем

Электрон цацрагийн ууршилтын давуу талууд нь:

· их масстай эх үүсвэрийг ашиглах боломж (зузаан хальс хэрэглэх үед дахин ачаалах шаардлагагүй);

· нэг камерт байрлах зэргэлдээ эх сурвалжаас янз бүрийн хальсыг дараалан хэрэглэх боломж;

· киноны өсөлтийн хурд өндөр;

· Галд тэсвэртэй материалаар шүрших боломж.

Шотткийн хаалт нь чиг үүргийн хувьд металлжуулалтад хамаарахгүй боловч үүсэх технологийн дагуу үүнийг металлжуулалт гэж ангилж болно. Энэ нь идэвхтэй бүсүүдэд омик контактыг олж авахтай адил юм. Schottky саадыг бий болгох хамгийн чухал үе шат бол металл-хагас дамжуулагч хос, оновчтой горимыг сонгох явдал юм.

Тиймээс контакт давхаргын хувьд бид цагаан алтны цахиурыг ашиглах бөгөөд үүнийг хоёр эх үүсвэрээс хамтарсан ууршилтаар электрон цацрагийн ууршилтаар хэрэглэнэ. Schottky саадыг ижил аргаар цахиур дээр байрлуулсан титан ба вольфрамын хайлшаар хангана. Үндсэндээ энэ хайлш нь их хэмжээний хайлштай бүстэй төстэй байх болно. Дамжуулагч давхаргын хувьд бид электрон цацрагийн ууршилтаар хуримтлагдсан хөнгөн цагааныг ашигладаг.

2.4.6 Давхарга хоорондын тусгаарлагч

Олон түвшний металлжуулалтыг LSI болон VLSI-д ашигладаг. Элементүүдийн тоо нэмэгдэх нь элемент хоорондын холболтын талбайг ихэсгэдэг тул тэдгээрийг хэд хэдэн түвшинд байрлуулж, тусгаарлагч давхаргаар тусгаарлаж, зөв ​​газартаа холбодог.

Тусгаарлагч диэлектрик хальс нь эвдрэлийн өндөр хүчдэлтэй, диэлектрикийн тогтмол ба алдагдал багатай, зэргэлдээх хальстай химийн харилцан үйлчлэл багатай, механик стресс багатай, холбогдох цахилгаан цэнэгийн нягтрал багатай, хальс үйлдвэрлэх, хэв маягийг бий болгоход химийн өндөр тогтвортой байдал, үйлдвэрлэх чадвартай байх ёстой. Металлжих давхаргын хооронд богино холболт үүсгэж болох бичил нүх байгаа нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй.

Олон түвшний металлжуулалтын технологид металлжуулалтын эхний түвшинг бий болгох, дараа нь хоорондын контактын цонхыг нээх замаар тусгаарлагч давхаргыг олж авах, металлжуулалтын хоёр дахь давхаргыг бий болгох гэх мэт орно.

Арилжааны үйлдвэрлэсэн олон тооны IC-ийг SiO 2 тусгаарлагч давхарга бүхий хөнгөн цагааны металлжуулалтын үндсэн дээр хийдэг. Цахиурын давхар ислийн хальсыг хайлшийн нэмэлттэй эсвэл нэмэлтгүйгээр хийж болно. SiO 2-ийн тунадасжилтын үеийн хамгийн чухал үзүүлэлт бол рельефийн давтагдах чадвар юм (Зураг 9).

Зураг 9 - Тохиромжтой нөхөн үржихүй. Шатны ханан дээрх киноны зузаан нь доод ба гадаргуу дээрх зузаанаас ялгаатай биш юм. Гадаргуугийн хурдацтай шилжилтийн улмаас

Энэхүү төсөлд химийн уурын шингээлтээр түрхсэн нэмэлтгүй цахиурын давхар ислийг олон түвшний металлжуулалтын хооронд тусгаарлагч хальс болгон ашиглаж байна (Зураг 10). Сүүлийнх нь тусгаарлагч материалын хальс үүсэхэд пиролиз буюу химийн урвалын үзэгдлийг ашиглахад суурилдаг.

Зураг 10 - Хэвийн даралттай химийн уурын хуримтлалыг ашиглан хальс үүсгэх суурилуулалт

Моносилаан SiH 4 ба хүчилтөрөгчийг реактив хий, азотыг буфер хий болгон ашигладаг.

SiH 4 + O 2 > SiO 2 + 2H 2

Энэ процесс нь SiO 2-ийн өндөр чанартай диэлектрик давхаргыг олж авах хамгийн бага температур юм (урвалыг 200-400? С температурт явуулдаг). Сул тал нь силан нь шатамхай, тэсрэх чадвартай байдаг. Кино нь маш цэвэрхэн үүссэн боловч бага температураас болж сул байдаг. Үүнээс зайлсхийхийн тулд хийн үе дэх силаны концентрацийг хатуу зохицуулж, хавтангийн гадаргуу дээр шууд нийлүүлж, хийн үе дэх SiO 2-ийн өсөлтөөс урьдчилан сэргийлэх шаардлагатай.

3. инженерийн болон эдийн засгийн тооцоо

Төслийн сэдэв: Хагас дамжуулагчийн нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэх технологийн процессыг боловсруулах

Технологийн төрөл: Schottky диодтой MOSFET

Субстрат материал: Si

Төслийн эхний өгөгдөл:

Кристал (чип) хэмжээ 10х10 мм 2

IP элементийн дизайны хамгийн бага стандарт 0.3 микрон

Нэг давхарга дахь согогийн нягтрал 0.1 деф/см 2

Металлжуулах давхаргын тоо 1

Хавтан дээрх тохиромжтой бүтцийн гарцын хувийг (Y) дараахь томъёогоор тооцоолно.

Энд D 0 нь фотолитографийн согогийн тодорхой нягтрал, def/см 2; A нь болорын идэвхтэй талбай, см 2; F нь IC үйлдвэрлэлийн бүрэн технологийн мөчлөг дэх фотолитографийн процессын тоо юм.

Тохиромжтой бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн нийт хэмжээг тооцоолохдоо анхны өгөгдөл дээр үндэслэн хийдэг. Хавтан дээрх тохиромжтой бүтцийн гарц: ,

Энд Apl нь 100 мм диаметртэй хавтангийн идэвхтэй талбай, A нь элементийн талбай, см 2 юм.

Угсрах ажилд тохирох бүтээгдэхүүний гарцын хувь W=95% байх нөхцөлд өдөрт Z=300 ширхэг вафель үйлдвэрлэхэд жилийн үйлдвэрлэлийн хэмжээ:

Хүснэгт. MOS транзисторын босго хүчдэлийн тооцоо.

	1 10 16 => 1 10 22 м -3		1.5 = 1.5 10 -6 м
	40 => 4 10 -8 м		1.5 = 1.5 10 -6 м
	1.5 => 1.5 10 -6 м
	16 => 1.6 10 -5 м
	8.85 10 -12 F/m 2

8.6 10 -4 F/m

хаана, гадаргуугийн потенциал.

энд, оксидын давхарга дээрх хүчдэлийн уналт.

ДҮГНЭЛТ

Энэхүү курсын ажил нь хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний хавтангийн үйлдвэрлэлийн технологийг судалдаг. Хагас дамжуулагчийн нэгдсэн хэлхээ нь хагас дамжуулагч субстратын гадаргуугийн ойролцоох давхаргад элементүүдийг хийсэн бичил схем юм. Эдгээр IC нь орчин үеийн микроэлектроникийн үндэс суурь болдог. Орчин үеийн хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний болор хэмжээсүүд мм 2 хүрдэг; болор талбай том байх тусам олон элементийн IC-ийг байрлуулж болно. Ижил талст талбайтай бол та тэдгээрийн хэмжээ, тэдгээрийн хоорондын зайг багасгах замаар элементүүдийн тоог нэмэгдүүлэх боломжтой.

Цахиуртай контакт үүсгэх үед өөр төрлийн хаалганы диэлектрик, бусад металлууд болон бусад тусгаарлагч давхаргыг ашигласнаар бүр бага хэмжээтэй элемент бүхий илүү төвөгтэй хэлхээг авах боломжтой.

Ашигласан эх сурвалжуудын жагсаалт

1. Ежовский Ю.К. Нимгэн хальсан материалын шинжлэх ухаан, нэгдсэн төхөөрөмжийн технологийн үндэс: Сурах бичиг/ SPbGTI.- SPb., 2005.-127х.

2. Радио электроникийн нэгдсэн төхөөрөмж UMK, SZTU, Санкт-Петербург 2009 он.

3. Малышева И.А. Нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн технологи: Техникийн сургуулийн сурах бичиг.- М.: Радио ба харилцаа холбоо., 1991. - 344 х.

4. http:// www. карели. ru, Гуртов В.А. Хатуу төлөвт электроник: Сурах бичиг. -Петрозаводск, 2005.-405 х.

5. Цветов В.П. Хатуу төлөвт электроникийн материал ба бүтээгдэхүүний технологи: Удирдамж / SPbGTI.- SPb., 1998.-67х.

6. http://www.analog.energomera.ru, Monocrystalline цахиур хавтан.

7. http:// www. карели. ru, “SBIS технологи” хичээлийн лекцийн курс.

Үүнтэй төстэй баримт бичиг

Хагас дамжуулагчийн нэгдсэн хэлхээний хавтангийн үйлдвэрлэлийн технологийн шинжилгээ - энэ төрлийн бичил схемүүд, тэдгээрийн элементүүд нь хагас дамжуулагч субстратын гадаргуугийн ойролцоо давхаргад хийгдсэн байдаг. Нэг талст цахиурын шинж чанар. Нэг талст ургах.

курсын ажил, 2010 оны 12-р сарын 3-нд нэмэгдсэн


Хоёр туйлт транзисторын дизайн ба ажиллах зарчим. Диэлектрик тусгаарлагч аргыг ашиглан хоёр туйлт транзистор дээр суурилсан хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний бүтэц, үйлдвэрлэлийн технологи; хагас дамжуулагч субстрат бэлтгэх.

туршилт, 2013 оны 06-р сарын 10-нд нэмэгдсэн


Диффузын резисторын дизайны тодорхойлолт ба дүн шинжилгээ. Хамгийн бага талбайн шалгуурыг харгалзан дизайныг оновчтой болгох. Хоёр туйлт хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэх хавтгай-эпитаксиаль технологийн үйлдлийн дараалал.

курсын ажил, 2013/11/20 нэмэгдсэн


Хэлхээний параметрүүд. Дизайн ба технологийн өгөгдөл. Нэгдсэн хэлхээний ангилал, тэдгээрийн харьцуулалт. Хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний товч шинж чанарууд. Хагас дамжуулагч резисторын тооцоо, үйлдвэрлэлийн талаархи ерөнхий мэдээлэл.

курсын ажил, 2009 оны 01-р сарын 13-нд нэмэгдсэн


Хагас дамжуулагч диодын ажиллах зарчим, p-n уулзварын шинж чанар, тархалт ба блоклох давхарга үүсэх. Диодыг одоогийн Шулуутгагч болгон ашиглах, транзисторын шинж чанар, хэрэглээ. Нэгдсэн хэлхээний ангилал, үйлдвэрлэлийн технологи.

танилцуулга, 2010 оны 05-р сарын 29-нд нэмэгдсэн


Хагас дамжуулагч интеграл хэлхээг зохион бүтээх үе шатууд. Өгөгдсөн түвшний топологийн хэсгүүдийг зурах. Кристал дахь дулааны хариу урвалыг багасгах. Микросхем ба микро угсралтын топологийг зохиохдоо компьютер ашиглахын гол давуу талууд.

танилцуулга, 2013 оны 11/29-нд нэмэгдсэн


Хоёр туйлт транзисторын ажиллах зарчмын судалгаа. Диффузын резисторын параметрийн дизайн, тооцоо. Микроэлектроникийн бүтээгдэхүүн, микро схемийг интеграцийн түвшингээр ангилах. Хагас дамжуулагч материалын үндсэн шинж чанаруудын шинж чанар.

дипломын ажил, 2012 оны 06-р сарын 20-нд нэмэгдсэн


Интеграл схемийн хөгжлийн тухай товч түүхэн мэдээлэл. Интеграл схемийг хөгжүүлэх, цаашдын хөгжилд асар их хувь нэмэр оруулсан Америк, Зөвлөлтийн эрдэмтэд. Микроэлектроник ба TS R12-2-ийн анхны бүтээн байгуулалтуудын хэрэглэгчид болон хэрэглэгчид.

хураангуй, 2013/01/26 нэмэгдсэн


Нэгдсэн хэлхээ ба хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн дизайны өнөөгийн чиг хандлагыг судлах. Cadence Virtuoso орчинд нэгдсэн хэлхээ үүсгэх алгоритмын дүн шинжилгээ. NMOS транзистор ашиглан логик элементүүдийг хэрэгжүүлэх.

курсын ажил, 2013/08/11 нэмэгдсэн


Хоёр туйлт интеграл хэлхээний үйлдвэрлэлийн зам. Диэлектрик тусгаарлагч, агаарын цоорхойтой босоо анизотроп сийлбэр ашиглан нэгдсэн хэлхээг боловсруулах. Химийн боловсруулах цогцолбор "Аяга", төхөөрөмж, үйл ажиллагааны зарчим.

Нэгдсэн хэлхээ (IC) нь нэг хагас дамжуулагч чип эсвэл диэлектрик субстрат дээр бүх элементүүд буюу зарим хэсэг нь үүсч, цахилгаанаар холбогдсон цахилгаан хэлхээний элементүүдийн өндөр нягтралтай зохион байгуулалттай электрон төхөөрөмж юм.

IC нь хатуу (хагас дамжуулагч) гадаргуу дээр эсвэл гадаргуугийн ойролцоо давхаргад олон бүрэлдэхүүн хэсэг бүхий давхаргын бүтэц юм. Түүний шинж чанар нь янз бүрийн материалын нимгэн давхаргын шинж чанараар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь эргээд тэдгээрийн үүсэх нөхцөл, технологийн үйл ажиллагааны дараалал, төрлөөс ихээхэн хамаардаг.

IC-ийг хөгжүүлэх, үйлдвэрлэх асуудлыг шинжлэх ухаан, технологийн шинэ салбар болох микроэлектроникийн хүрээнд авч үздэг бөгөөд энэ нь дор хаяж нэг координатад 1 микроноос ихгүй хэмжээтэй цахилгаан ба радио элементүүдийн технологи, физик дизайны онцлогийг судалдаг.

Микро схемийг бий болгоход тулгардаг хамгийн чухал асуудал бол нимгэн давхаргын тогтвортой, давтагдах шинж чанартай бие биентэйгээ нийцтэй элементүүд, материалыг боловсруулах, түүнчлэн олон давхаргат бүтцийг бий болгох технологийн үйлдлүүдийн дараалал бөгөөд үүний дараа дараагийн үйлдлүүд нь сөрөг нөлөө үзүүлэхгүй. өмнө нь үүссэн давхаргын шинж чанарт нөлөөлдөг.

Киноны найрлагыг бий болгох аргаас хамааран микро схемийг эрлийз нэгдсэн хэлхээ (HIC) ба хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээ (IC) гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг.

Гибрид нэгдсэн хэлхээ нь диэлектрик (шил, керамик) субстратын гадаргуу дээр элементүүд нь бүтэц, технологи, цахилгаанаар салшгүй холбоотой байдаг бичил жижиг электрон төхөөрөмж юм. GIS технологид идэвхгүй элементүүдийг (резистор, дамжуулагч, контакт дэвсгэр, конденсатор, диэлектрик ба тусгаарлагч давхаргууд) нэг технологийн циклээр субстратын гадаргуу дээр металл ба диэлектрик хальс хэлбэрээр үйлдвэрлэдэг. Идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд (диод, транзистор), шаардлагатай бол микроминиатрат идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүд (конденсатор, индуктор гэх мэт) нь субстратын гадаргуу дээр суурилуулж, бусад элементүүдтэй холбогддог.

Идэвхгүй элементүүдийг бүрдүүлэх технологийн процессоос хамааран эрлийз хэлхээ

Тэдгээрийг нимгэн хальс, зузаан хальс гэж хуваадаг.

Goncofilm технологи -Нимгэн (1-2 мкм-ээс бага) хальсан дамжуулагч, контакт, резистор, тусгаарлагчийг элементүүдийн микрогеометр ба тэдгээрийн холболтыг (топологийн хэв маяг) бэхжүүлэх, эсвэл stencils (маск) ашиглан буулгах явцад нийтлэг суурь дээр дараалан хэрэглэх. түүнчлэн материалын хатуу давхаргын тодорхой орон нутгийн сийлбэрийг ашиглах.

Хоёр хувилбарын дагуу нимгэн хальсан GIS үйлдвэрлэх технологийн үйл ажиллагааны дарааллыг Зураг дээр үзүүлэв. 19.1.

Зузаан хальсны технологи- эсэргүүцэл, дамжуулагч, диэлектрик зорилгоор торон стенкээр дараалан хэрэглэх, зуурмагийн керамик дэвсгэрт шатаах.

Дамжуулагч ба эсэргүүцэлтэй зуурмаг нь нарийн ширхэгтэй металл нунтаг, байнгын холбогчоор ажилладаг шил, хольцын зуурамтгай чанарыг хангадаг органик шингэн юм. Металл нь дамжуулагч (мөнгө, алт, цагаан алт, палладий ба тэдгээрийн хайлш) эсвэл эсэргүүцэлтэй (эрхэм металл ба тэдгээрийн исэл бүхий найрлага) замуудыг үүсгэдэг.

Тусгаарлагч давхаргад зориулсан зуурмаг нь шилэн ба органик шингэний холимог юм.

Торон stencils нь маш жижиг эсийн хэмжээтэй (ойролцоогоор 50 микрон) байдаг. Хэлхээний шаардлагатай топологийн дагуу stencil-ийн зарим хэсэгт эсүүд нь эмульс, пигмент цаас эсвэл фоторезистээр дүүрсэн байдаг бөгөөд энэ нь субстратыг эдгээр хэсгүүдэд наалдамхай орохоос хамгаалдаг. Зуурмагийг хөдөлгөөнт хусуур ашиглан түрхэнэ. Нэгдүгээрт, холбогч нунтаг, конденсаторын хавтан, контакт дэвсгэр үүсгэхийн тулд дамжуулагч зуурмагийг хэрэглэнэ. Зуурмагийг хатааж, дараа нь 750-950 ° C температурт жигнэнэ. Дараа нь өөр нэг стенкээр дамжуулан эсэргүүцэлтэй зуурмагийг түрхэж, бага температурт шатаадаг.Дэлектрик зуурмагийг мөн адил түрхэж, шатааж зузаан хальсан конденсаторууд болон дамжуулагчийн огтлолцол дээр диэлектрик давхарга үүсгэдэг.

Топологи үүссэний дараа бусад технологийн үйлдлүүдийн дараалал нь нимгэн хальсан хэлхээ үйлдвэрлэх процесстой төстэй юм.

Хагас дамжуулагч (хатуу төлөв) нэгдсэн хэлхээг хольцоор дүүргэсэн хагас дамжуулагч субстратын материалын шинж чанарыг зориудаар өөрчлөх замаар үйлдвэрлэдэг.

Хольцыг хатуу тогтоосон газар, хэмжээгээр нэмснээр цахиур, германий хагас дамжуулагчаас субстратын материалын дамжуулагч шинж чанарыг маш өргөн хүрээнд өөрчлөх боломжтой - бараг дамжуулагчаас тусгаарлагч хүртэл. Энэ шинж чанарыг талст дахь идэвхтэй болон идэвхгүй элементүүдийг хоёуланг нь авахад ашигладаг. шинж чанарын өөрчлөлт нь зөвхөн талст жижиг давхаргад тохиолддог, хэд хэдэн микрометртэй тэнцүү ба гэж нэрлэдэг р-н- өөр өөр дамжуулалттай хоёр бүс - нүх ба электрон - нэгдэх шилжилт. Үүнийг нарийвчлан авч үзье.

Цахиур ба германий химийн элементүүд нь гаднах электрон бүрхүүлд дөрвөн электронтой, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн валент нь дөрөв юм. Атом нь гаднах бүрхүүлд найман электронтой байх үед илүү тогтвортой төлөвтэй байдаг нь мэдэгдэж байна. Хагас дамжуулагч талст дахь бага температурт бүх электронууд атомуудтай холбогддог (хөдөлгөөнт электронууд байхгүй), болор нь тусгаарлагч юм.

Хагас дамжуулагчийн температур нэмэгдэхийн хэрээр бие даасан электронууд атомуудаас салж, хөдөлгөөнт болж, талст дээр хүчдэл өгөх үед цахилгаан гүйдэл үүсгэж болно. Атомоос электроныг салгахад атомын бүрхүүлд чөлөөт орон зай (нүх) үүсдэг. Нүхний чөлөөт электронууд талст даяар санамсаргүй байдлаар хөдөлдөг.

Ийм болорыг цахилгаан хэлхээнд холбох үед сөрөг туйлаас эерэг туйл руу электронуудын дараалсан хөдөлгөөн ажиглагддаг. Чөлөөт электрон нүхтэй таарвал тэд дахин нэгдэж хөдөлгөөн нь зогсдог. Энэ дамжуулалтыг гэж нэрлэдэг өөрийн дамжуулах чадвархагас дамжуулагч.

Хэрэв цахиур эсвэл германий талст руу бага хэмжээний хөнгөн цагаан, жишээлбэл, хөнгөн цагааныг оруулбал түүнтэй холилдсон болорын дамжуулах чанар нь голчлон нүх байх болно. Ийм болорыг p төрлийн хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг.

Жишээлбэл, бид цахиур, германид хүнцэл оруулахдаа хагас дамжуулагч гэж нэрлэгддэг электрон дамжуулагчтай хагас дамжуулагчийг олж авдаг. Р-төрөл.

Хагас дамжуулагч болор дээр орон нутгийн допинг ашиглан хоёр бүсийг нэгэн зэрэг үүсгэж болно. х-төрөл ба n-төрөл. Тэдний хоорондох хил хязгаарыг нэрлэдэг p-p-диодын үүрэг гүйцэтгэх боломжтой уулзвар.

Төрөл бүрийн хослолыг бий болгох р-н-шилжилтийг элементүүд - диод, транзистор, резистор гэх мэтээр олж авдаг.Ямар ч тооны элементийн хослолууд нь хүссэн хэлхээг бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээр нь бүгд хагас дамжуулагч материалын нэг болор бүрэлдэхүүн хэсэг тул бүрэн цул хатуу төлөвт бүтцийг олж авдаг.

Хагас дамжуулагч IC-ийг бий болгох үндсэн технологи нь эпитаксиаль-хавтгай технологи,түүний дагуу хагас дамжуулагч монокристал хавтанцарын гадаргуу эхлээд исэлддэг. Дараа нь давхаргын исэлдлийн орон нутгийн сийлбэрийг хийж, хагас дамжуулагчийг дотор нь нээгдсэн цонхоор дамжуулна. Допанцууд нь өндөр температурт хийн фазаас субстрат руу тархдаг. Дараагийн исэлдэлт нь цонхыг дахин хаадаг. Янз бүрийн хольцыг исэлдүүлэх, сонгомол сийлбэрлэх, сарниулах технологийн үйлдлүүдийг давтан хийснээр диод, транзистор, эсэргүүцэл, багтаамж зэрэг янз бүрийн хэлхээний элементүүдийг хэрэгжүүлэх боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч багтаамжийн элементүүд нь том талбай, технологийн үйл ажиллагааны өндөр өртөгтэй тул IC-д бараг ашиглагддаггүй. 100 мм орчим диаметртэй нэг талст хагас дамжуулагч хавтан дээр нэгэн зэрэг хэд хэдэн мянга хүртэлх IC үүсдэг.

Технологийн үйл явцын дараагийн үйлдлүүд нь: вакуум хуримтлуулах эсвэл фотолитографийн аргаар хэлхээний элементүүд болон контактын дэвсгэрүүдийг холбосон металл дамжуулагчийг олж авах, бие даасан IC-ийн параметрийн дагуу вафельсийг татгалзах, өрөмийг тус тусад нь IC болгон зүсэх, хайрцагт IC суурилуулах. , контактын дэвсгэрүүдийг их биетэй холбох, битүүмжлэх.

Нэгдсэн хэлхээний дизайн, үйлдвэрлэлийн технологийн сонголтыг техник, эдийн засгийн үндэслэлээр тодорхойлно. Зузаан ба нимгэн хальсан технологи нь элементийн нарийвчлалын хувьд хэлхээг хэрэгжүүлэх өргөн боломжоор ялгагдана. Нэмж дурдахад тэдгээр нь үйлдвэрлэлийн бэлтгэлийн харьцангуй бага зардлаар тодорхойлогддог. Тэдгээрийн үндсэн дээр олон төрлийн жижиг цуврал диаграммуудыг (тусгай GIS) гаргах боломжтой.

Нарийвчлалтай хэлхээг үйлдвэрлэхэд нимгэн хальсан технологийг давамгайлж байгаа нь хэлхээний элементүүдийн өндөр нарийвчлал, нарийвчлал, тогтвортой байдалд хүрэх боломжтой гэж тайлбарладаг.

Зузаан хальсны технологи нь үйлдвэрлэлийн бэлтгэлийн мөчлөгийг арай богиносгож, технологийн нарийн төвөгтэй тоног төхөөрөмжөөр тодорхойлогддог. Энэ нь тоон удирдлагын төхөөрөмж, компьютер гэх мэт харьцангуй энгийн хэлхээг олж авахад хэрэглэгддэг.ГМС-ийг олж авахын тулд зузаан хальсны технологи нь зарим тохиолдолд нимгэн хальсан технологиос давуу талтай байдаг.

Хагас дамжуулагч IC технологийг их хэмжээний бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг - дижитал компьютерийн хэлхээ, микропроцессор, электрон цаг, тооцоолох машин гэх мэт.

Гурван үндсэн төрлийн нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн технологийн хэд хэдэн технологийн үйлдлүүд нь ашигласан материал, тоног төхөөрөмжийн ялгааг үл харгалзан физик шинж чанараараа ижил төстэй байдаг.

18 ..

Хагас дамжуулагч чип үйлдвэрлэх технологи

Хагас дамжуулагч технологийн төрлөөс хамааран (локалчлал ба литографи, вакуум хуримтлал ба гальваник хуримтлал, эпитакси, тархалт, допинг ба сийлбэр) багтаамж, идэвхтэй эсэргүүцэл эсвэл янз бүрийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжтэй тэнцэх өөр өөр дамжуулалт бүхий мужуудыг олж авдаг. Бохирдлын концентрацийг өөрчилснөөр болор дахь өгөгдсөн цахилгаан хэлхээг хуулбарлах олон давхаргат бүтцийг олж авах боломжтой.

Одоогийн байдлаар хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэх бүлгийн аргуудыг ашиглаж байгаа бөгөөд энэ нь нэг технологийн мөчлөгт хэдэн зуун микро схемийн хоосон зайг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Хамгийн өргөн тархсан нь бүлгийн хавтгай арга бөгөөд энэ нь микро схемийн элементүүд (конденсатор, резистор, диод ба транзистор) нэг хавтгайд эсвэл субстратын нэг талд байрладаг.

Хагас дамжуулагч микро схемийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг үндсэн технологийн процессуудыг (дулааны исэлдэлт, литографи, эпитакси, диффуз ба ионы допинг) авч үзье.

Цагаан будаа. 22. Сөрөг (a) ба эерэг (б) фоторезистийг ашиглан зургийг шилжүүлэх:
1 - фотомаскын суурь, 2 - фотомаскын хэв маягийн тунгалаг хэсэг, 3 - фото эсэргүүцэгч давхарга, 4 - субстрат

Дулааны исэлдэлт нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд мэддэг стандарт технологийн процессуудаас тийм ч их ялгаатай биш юм. Цахиурын хагас дамжуулагч бичил схемийн технологид ислийн давхаргууд нь дараагийн технологийн процессын үед хагас дамжуулагч талст (элементүүд, микро схемүүд) тусдаа хэсгүүдийг тусгаарлахад үйлчилдэг.

Литографи нь хагас дамжуулагч болор дээрх микро схемийн элементүүдийн зургийг авах хамгийн түгээмэл арга бөгөөд оптик, рентген, электрон гэсэн гурван төрөлд хуваагддаг.

Хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлд хамгийн олон талын үйлдвэрлэлийн процесс бол оптик литограф эсвэл фотолитограф юм. Фотолитографийн үйл явцын мөн чанар нь маскаар ил гарсан үед гэрэл мэдрэмтгий бүрхүүлд (фоторезист) тохиолддог фотохимийн үзэгдлийг ашиглахад суурилдаг. Зураг дээр. 22, a сөрөг үйл явцыг харуулсан ба Зураг дээр. 22, b - фоторезистийг ашиглан зургийг эерэг шилжүүлэх, Зураг дээр. Зураг 23-т фотолитографийн үйл явцын диаграммыг үзүүлэв.

Фоторезистийн маск ашиглан фотолитографийн бүх үйл явц нь үндсэн гурван үе шатаас бүрдэнэ: субстратын гадаргуу дээр фоторезистийн давхарга 1 үүсэх, фоторезист контактын маск II, гэрэл зургийн маскаас фоторезист давхарга III руу шилжүүлэх.

Фотолитографийг контактгүй болон контактын аргуудыг ашиглан хийж болно. Контакт бус фотолитографи нь контакт фотолитографитай харьцуулахад илүү өндөр түвшний интеграцийг хангаж, гэрэл зургийн төхөөрөмжид илүү өндөр шаардлага тавьдаг.

Фотолитографийн аргыг ашиглан микро схемийн хэв маягийг олж авах үйл явц нь холбогдох процессын хяналтын картанд заасан хэд хэдэн хяналтын үйлдлүүд дагалддаг.

Рентген туяаны долгионы урт нь гэрлийн долгионы уртаас богино байдаг тул рентген литографи нь илүү өндөр нарийвчлалтай (илүү их интеграцчилал) боломжийг олгодог. Гэсэн хэдий ч рентген литографи нь илүү нарийн төвөгтэй технологийн тоног төхөөрөмж шаарддаг.

Цахим литографи (электрон цацрагт өртөх) нь тусгай вакуум суурилуулалтанд хийгддэг бөгөөд өндөр чанартай микро схемийн загварыг олж авах боломжийг олгодог. Энэ төрлийн литографи нь амархан автоматжуулж, олон тооны (105-аас дээш) элемент бүхий том интеграл хэлхээг үйлдвэрлэхэд олон давуу талтай байдаг.

Одоогийн байдлаар хагас дамжуулагч элементүүд болон микро схемийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг эпитакси, дулааны диффуз, ионы допинг гэсэн гурван аргаар үйлдвэрлэдэг.

Эпитакси гэдэг нь субстратын талстыг чиглүүлэх үйлдлийг хэрэгжүүлэх замаар эмх цэгцтэй болор бүтэцтэй давхаргыг ургуулах үйл явц юм. Субстратын болор торыг байгалийн байдлаар үргэлжлүүлж байгаа шинэ бодисын чиглэсэн давхаргыг эпитаксиаль давхарга гэж нэрлэдэг. Кристал дээрх эпитаксиаль давхаргууд нь вакуум орчинд ургадаг. Хагас дамжуулагч давхаргын эпитаксиаль өсөлтийн үйл явц нь нимгэн хальс үйлдвэрлэхтэй төстэй. Эпитакси нь дараах үе шатуудад хуваагдана: давхаргын бодисын атом эсвэл молекулыг субстратын болор гадаргуу руу хүргэх, тэдгээрийн гадаргуугийн дагуу шилжих; гадаргуугийн талстжих төвүүдийн ойролцоо бодисын бөөмсийг бүлэглэж, давхаргын цөм үүсэх эхлэл; нэгдэж, тасралтгүй давхарга үүсгэх хүртэл бие даасан бөөмүүдийн өсөлт.

Эпитаксиал үйл явц нь маш олон янз байж болно. Ашигласан материалаас (хагас дамжуулагч хавтан ба хайлшийн элементүүд) хамааран эпитаксикийн процессыг ашиглан химийн найрлага дахь нэгэн төрлийн (бага зэрэг ялгаатай) электрон нүхний уулзварууд, түүнчлэн янз бүрийн төрлийн давхаргыг ургуулах нэг болон олон давхаргат бүтцийг олж авах боломжтой. дамжуулах чанар. Энэ арга нь нарийн төвөгтэй хослолуудыг үүсгэж болно: хагас дамжуулагч - хагас дамжуулагч; хагас дамжуулагч -

диэлектрик; хагас дамжуулагч - металл.

Одоогийн байдлаар орон нутгийн сонгомол эпитаксиаль өсөлтийг Si02 - эпитаксиаль-хавтгай технологи бүхий контакт маск ашиглан хамгийн өргөнөөр ашиглаж байна.

Эпитаксиаль давхаргын тогтоосон параметрүүдийг олж авахын тулд зузаан, эсэргүүцэл, давхаргын зузаан дахь хольцын концентрацийн тархалт, согогийн нягтыг хянаж, тохируулна. Эдгээр давхаргын параметрүүд нь p-hc уулзваруудын эвдрэлийн хүчдэл ба урвуу гүйдэл, транзисторын ханалтын эсэргүүцэл, бүтцийн дотоод эсэргүүцэл ба багтаамж-хүчдэлийн шинж чанарыг тодорхойлдог.

Дулааны тархалт нь концентрацийн градиентаар тодорхойлогддог бодисын бөөмсийн концентрацийг бууруулах чиглэлд чиглэсэн хөдөлгөөний үзэгдэл юм.

Дулааны диффузийг анхны материалтай харьцуулахад эсрэг төрлийн дамжуулагчийн бичил схемийн элементүүд эсвэл бага цахилгаан эсэргүүцэлтэй элементүүдийг олж авахын тулд хагас дамжуулагч хавтан эсвэл тэдгээрийн ургасан эпитаксиаль давхаргад допингийн хольцыг нэвтрүүлэхэд өргөн хэрэглэгддэг. Эхний тохиолдолд, жишээлбэл, ялгаруулагчийг, хоёрдугаарт, коллекторыг авдаг.

Диффузийг дүрмээр бол 1000-1350 ° C температурт тусгай кварцын ампулаар хийдэг. Хагас дамжуулагчийн шинж чанар, тархалтын бүтцийн параметрүүдэд тавигдах шаардлагуудаас хамааран диффузийн арга ба диффузант (бохирдол) -ийг сонгоно. Тархалтын процесс нь тоног төхөөрөмж, нэмэлт бодисын давтамжид өндөр шаардлага тавьж, параметр, зузааныг хуулбарлах өндөр нарийвчлалтай давхаргын үйлдвэрлэлийг баталгаажуулдаг. Диффузын давхаргын шинж чанарыг сайтар хянаж, p-gs шилжилтийн гүн, гадаргуугийн эсэргүүцэл эсвэл гадаргуугийн хольцын концентраци, диффузийн давхаргын гүн дэх хольцын концентрацийн тархалт, тархалтын согогийн нягтрал зэргийг анхаарч үздэг. давхарга.

Тархалтын давхаргын согогийг (элэгдэл) өндөр өсгөлттэй (200x хүртэл) микроскоп эсвэл цахилгаан радиографи ашиглан шалгана.

Ионы допинг нь том уулзвар онгоц, нарны зай гэх мэт хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг.

Ионы допингийн процесс нь хагас дамжуулагч дахь ионуудын анхны кинетик энергиэр тодорхойлогддог бөгөөд хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Нэгдүгээрт, ионуудыг нуман цэнэг бүхий вакуум суурилуулалтанд хагас дамжуулагч хавтан руу нэвтрүүлж, дараа нь өндөр температурт боловсруулдаг бөгөөд үүний үр дүнд хагас дамжуулагчийн эвдэрсэн бүтэц сэргээгдэж, хольцын ионууд болор торны зангилааг эзэлдэг. Хагас дамжуулагч элементүүдийг үйлдвэрлэх арга нь янз бүрийн богино долгионы бүтцийг үйлдвэрлэхэд хамгийн ирээдүйтэй юм.

Хагас дамжуулагч микро схемийг олж авах технологийн үндсэн үе шатуудыг Зураг дээр үзүүлэв. 24. Микро схемд элементүүдийг олж авах хамгийн түгээмэл арга (микро схемийн хэсгүүдийг салгах) бол болор (субстрат) гадаргуугийн дулааны боловсруулалтын үр дүнд олж авсан оксидын хальсаар тусгаарлах явдал юм.

Цахиурын хавтан 1-ийн субстрат дээр тусгаарлах p-hc уулзваруудыг олж авахын тулд 1000-1200 ° C-ийн исэлдүүлэгч орчинд хэдэн цагийн турш боловсруулдаг. Исэлдүүлэгч бодисын нөлөөн дор цахиур 2-ын эпитаксиаль хагас дамжуулагч гадаргуугийн давхарга исэлддэг. . Оксидын хальсны зузаан нь 3 - микроны аравны хэдэн хэсэг юм. Энэ хальс нь өөр бодисын атомыг болор руу гүн нэвтрэхээс сэргийлдэг. Гэхдээ хэрэв та тодорхой газруудад болорын гадаргуугаас хальсыг зайлуулж, тархалт эсвэл дээр дурдсан бусад аргуудыг ашигласнаар та цахиурын эпитаксиаль давхаргад хольцыг нэвтрүүлж, улмаар өөр өөр дамжуулалтын хэсгүүдийг үүсгэж болно. Субстрат дээр исэлдүүлэгч хальс үүссэний дараа гэрэл мэдрэмтгий давхарга болох фоторезист 4-ийг субстрат дээр түрхэж, дараа нь энэ давхаргыг микро схемийн топологийн дагуу 5-р фотомаскийн загварыг олж авахад ашиглана.

Фоторезистийн давхаргаар бүрсэн цахиур ялтсын исэлдсэн гадаргуу руу гэрэл зургийн маскаас зургийг шилжүүлэх нь ихэвчлэн гэрэл зураг, хэт ягаан туяа эсвэл рентген туяанд өртөх замаар хийгддэг. Дараа нь ил гарсан хэв маяг бүхий субстратыг боловсруулна. Гэрэлтсэн тэдгээр хэсгүүд хүчилд уусч, цахиурын ислийн гадаргууг ил гаргана. 6. Ил гаргаагүй ижил хэсгүүд талсжиж, уусдаггүй хэсэг болж хувирна 7. Үүссэн субстратыг түүн дээр түрхсэн тусгаарлах уулзварууд нь угааж, хатаана. Цахиурын ислийн хамгаалалтгүй хэсгийг сийлбэрлэсний дараа фоторезистийн хамгаалалтын давхаргыг химийн аргаар арилгана. Тиймээс субстрат дээр "цонх" -ыг олж авдаг. Хэлхээний зургийг олж авах энэ аргыг эерэг гэж нэрлэдэг.

Цагаан будаа. 24. Хагас дамжуулагч чипс авах технологийн үндсэн үе шатууд

Субстратын 6 ил гарсан хэсгүүдээр дамжуулан борын болон фосфорын атомын хольцууд нь тархалтаар нэвтэрч, тусгаарлах хаалт үүсгэдэг 8. Субстратын үүссэн хэсгүүдэд бие биенээсээ тусгаарлагдсан, хоёрдогч тархалт, сийлбэр, хэт ургалт, эсвэл өөр замаар арга, идэвхтэй ба идэвхгүй хэлхээний элементүүд болон дамжуулагч хальс 9-ийг авсан.

Хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэх технологи нь 15-20, заримдаа илүү олон үйлдлээс бүрддэг. Дараа нь
Хэлхээний бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гаргаж авч, эд ангиудын хар тугалга байрлах газруудаас оксидын хальсыг сийлсэн, хагас дамжуулагч хэлхээг шүрших эсвэл гальваник тунадасжуулах замаар хөнгөн цагаан хальсаар бүрсэн байна. Хэлхээний холболтыг фотолитографийн аргаар олж авсан бөгөөд дараа нь сийлбэр хийдэг.

Нэг төрлийн технологийн олон тооны интеграл хэлхээг субстрат дээр нэг технологийн циклээр үйлдвэрлэдэг тул вафель нь тусдаа талст болгон хуваасан бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь бэлэн микро схемийг агуулдаг. Кристалууд нь орон сууцны тавиур дээр наасан бөгөөд микро схемийн цахилгаан контактууд нь утсан холбогч ашиглан гагнуур, гагнуур, дулааны шахалтаар терминалуудтай холбогддог. Дууссан микро схемийг шаардлагатай бол доор тайлбарласан аргуудын аль нэгийг ашиглан битүүмжилнэ.

Тус үйлдвэр нь хагас дамжуулагчийн нэгдсэн хэлхээний өргөн хүрээг үйлдвэрлэдэг. Жишээлбэл, диод-транзисторын холболттой цахиурын чипүүд нь компьютерийн логик зангилаа болон автоматжуулалтын зангилаанууд дээр ажиллах зориулалттай; Шууд холболттой Германы хагас дамжуулагч чип нь бүх нийтийн логик БИШ-OR сэлгэх элементүүд юм.

Нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн технологийн цаашдын хөгжил нь микро элементүүдийг их хэмжээгээр нэгтгэсэн хэлхээг бүтээх явдал байв.

Хосолсон нэгдсэн хэлхээнд элементүүдийг хагас дамжуулагч ба хальсны микро схемийн үйлдвэрлэлийн технологийг хослуулан хагас дамжуулагч субстратын эзэлхүүн ба гадаргуу дээр хийдэг. Бүх идэвхтэй элементүүдийг (диод, транзистор гэх мэт) нэг талст цахиурын субстратаас диффуз, сийлбэр болон бусад аргуудыг ашиглан гаргаж авдаг бөгөөд дараа нь идэвхгүй элементүүд (резисторууд, конденсаторууд) болон гүйдэл дамжуулагчийг энэ субстрат дээр байрлуулж, бүрхэгдсэн байдаг. цахиурын ислийн өтгөн хальс. Хосолсон технологийг бичил эрчим хүч, өндөр хурдны нэгдсэн хэлхээг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Микро схемийн контакт дэвсгэр ба зүүг авахын тулд хөнгөн цагааны давхаргыг субстрат дээр байрлуулна. Хэлхээтэй субстрат нь хайрцагны дотоод суурь дээр суурилагдсан бөгөөд нэг болор дээрх контакт дэвсгэрүүд нь дамжуулагчаар микросхемийн хайрцагны терминалуудтай холбогддог.

Хосолсон нэгдсэн хэлхээг бүтцийн хувьд нэлээд жижиг хэмжээтэй моноблок хэлбэрээр хийж болно. Жишээлбэл, хоёр транзистор, зургаан идэвхгүй элементээс бүрдэх хоёр шатлалт өндөр давтамжийн өсгөгчийг 2.54X1.27 мм хэмжээтэй цахиурын нэг талст дээр байрлуулсан.

Цахим электрон төхөөрөмжийг хөгжүүлэхэд хагас дамжуулагч чипийг нэгтгэх хурдацтай өсөлт нь LSI, VLSI, BGIS (микро угсралт) зэрэг нарийн төвөгтэй микро схемүүдийг бий болгоход хүргэсэн.

Том интеграл хэлхээ нь өндөр түвшний интеграл бүхий нарийн төвөгтэй хагас дамжуулагч чип юм. Сүүлийн жилүүдэд хагас дамжуулагч LSI бий болсон
1.45х1.6 мм хэмжээтэй, 1000 ба түүнээс дээш элементтэй (транзистор, диод, резистор гэх мэт) 300 ба түүнээс дээш бие даасан нэгдсэн хэлхээний үүргийг гүйцэтгэх цахиурын болор дээр. Микропроцессор (микрокомпьютер) нь чип дээр 107 гаруй элементийг нэгтгэх зэрэгтэй бүтээгдсэн.

Микро схемийн идэвхгүй хальс бүхий диэлектрик субстрат дээр хэд хэдэн түдгэлзүүлсэн LSI бүтцийг ашигласнаар дизайн, үйлдвэрлэхэд хялбар микро угсралт (BGIS) авах боломжтой.

Автоматжуулалт, математик загварчлалыг машины топологийн дизайн бүхий технологийн процесст нэвтрүүлэх, микро схемийн элементүүдийг бүрдүүлэх шинэ аргуудыг ашиглах (ионы допинг гэх мэт) замаар микро схемийн интеграцийг нэмэгдүүлэхэд хүрдэг.

LSI дизайны үндсэн мөчлөг нь архитектурын - хэлхээний дизайн, дизайн - технологийн гэсэн хоёр үе шатаас бүрдэнэ.

Архитектур ба хэлхээний дизайны үе шатанд бичил схемийн архитектур, бүтцийг боловсруулах, функциональ ба хэлхээний диаграмм, математик загварчлал болон бусад ажлууд орно.

Дизайн, технологийн үе шатанд микро схемийн топологи, дизайн, түүний үйлдвэрлэлийн технологи, түүнчлэн туршилтыг багтаасан болно.

Орчин үеийн түвшинд том ба хэт том интеграл схемүүд нь идэвхгүй болон идэвхтэй элементүүдтэй тэнцэх хэсгүүдийг ялгах боломжтой сонгодог интеграл хэлхээний хөгжлийн сүүлчийн шатыг төлөөлдөг. Цаашид электроникийн элементийн суурийг хатуу төлөвт молекулуудад (молекул электроник) янз бүрийн эффект, физик үзэгдлүүдийг ашиглан хөгжүүлэх боломжтой.

Үргэлжлэх хугацаа: 2 цаг (90 мин.)

11.1 Гол асуудлууд

Нэгдсэн хэлхээний тухай ойлголт;

Нэгдсэн хэлхээний төрөл, хагас дамжуулагч ба эрлийз хальсан микро схемийн ялгаа;

Хагас дамжуулагч нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндсэн үе шатууд;

Гибрид хальсан интеграл хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндсэн үе шатууд.

11.2 Лекцийн текст

11.2.1 Нэгдсэн хэлхээний тухай ойлголт. Нэгдсэн хэлхээний төрлүүд – 40 минут хүртэл

Өмнө нь бүх электрон төхөөрөмжийг салангид цахилгаан радио элементүүдийн үндсэн дээр бүтээсэн бөгөөд тэдгээрийг холбох утас ашиглан функциональ нэгж болгон нэгтгэсэн. Цахим тоног төхөөрөмжийн улам бүр нарийн төвөгтэй байдал, салангид элементүүдийг суурилуулах, цахилгаан суурилуулах үйл ажиллагааны өндөр төвөгтэй байдал нь үйлдвэрлэлийг автоматжуулах, хувиргах, хадгалах, хадгалах функцийг гүйцэтгэдэг нэгдсэн хэлхээг ашиглах шаардлагатай болсон. Мэдээллийг боловсруулах, дамжуулах, хүлээн авах, компьютерийн тактик, техник, бүтэц, технологи, үйл ажиллагаа, эдийн засгийн шинж чанарыг тодорхойлох.

Нэгдсэн хэлхээ (IC)элементүүд болон холболтууд нь бүтцийн хувьд салшгүй бөгөөд нэг технологийн процесст нэгэн зэрэг үйлдвэрлэгддэг функциональ бүрэн электрон нэгж гэж нэрлэгддэг.

Дизайн болон технологийн загварт үндэслэн IC-ийг хагас дамжуулагч ба эрлийз хальс гэж хуваадаг.

Хагас дамжуулагч IC нь хагас дамжуулагч материалын талст дээр суурилдаг бөгөөд түүний гадаргуугийн давхаргад (бохирдлын атомуудыг оруулснаар) IC-ийн бүх элементүүд - транзистор, диод, резистор, конденсаторууд үүсдэг ба тэдгээрийн хоорондох холболтууд нь гадаргуугийн дагуу хийгддэг. нимгэн хальсан технологи ашиглан болор .

Хагас дамжуулагч IC нь дараахь байж болно.

Нэг чип (цул);

Олон чип (бичил угсралт).

Нэг чиптэй IC-ууд нь хагас дамжуулагч материалын нэг чип дээр хийгдсэн бөгөөд хэвлэмэл хэлхээний самбар дээр суурилуулах зориулалттай гаднах тээглүүр бүхий бие даасан орон сууцтай байж болно, эсвэл савлагаагүй, бичил угсралтын хэсэг байж болно.

Микро ассемблей гэдэг нь энгийн сэлгэн залгах самбар дээр суурилуулсан, савлаагүй микро схемүүдийн цуглуулга юм. Мөн хүрээгүй цахилгаан радио элементүүд нь бичил угсралтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд байж болно.

Гибрид хальсан IC нь хальсан идэвхгүй элементүүд (резистор, конденсатор гэх мэт), савлаагүй хагас дамжуулагч талстууд (транзистор, диод, IC) болон тусгаарлагч материалын субстрат дээр угсарсан шилжүүлэгч дамжуулагчаас бүрдэнэ.

IC дахь элементүүдийн тоо нь түүний интеграцийн түвшинг тодорхойлдог. Энэ параметрийн дагуу бүх микро схемийг жижиг (MIS - нэг чип тутамд 10 2 элемент), дунд (SIS - 10 3 хүртэл), том (LSI - 10 4 хүртэл), хэт том (VLSI -) гэж хуваадаг. 10 6 хүртэл), хэт том (UBIS - 10 9 хүртэл) ба гига том (GBIS - чип бүрт 10 9-ээс дээш элемент).

Тогтмол бүтэцтэй дижитал IC нь хамгийн өндөр интеграцчилалтай байдаг: динамик ба статик санах ойн хэлхээ, байнгын болон дахин програмчлах боломжтой хадгалах төхөөрөмж. Энэ нь ийм хэлхээнд IC-ийн гадаргуугийн харилцан холболтын талбайн эзлэх хувь жигд бус бүтэцтэй хэлхээнийхээс хамаагүй бага байдагтай холбоотой юм.

Металл-диэлектрик (оксид)-хагас дамжуулагч бүтэцтэй (MDS эсвэл MOS транзистор) Unipolar (талбайн нөлөө) транзисторыг компьютерийн технологийн хагас дамжуулагч IC-ийн идэвхтэй элемент болгон ихэвчлэн ашигладаг. MOS транзисторын хоёр төрөл байдаг: n-төрөл, электрон дамжуулалттай, p-төрөл нь нүхний дамжуулалтаар тодорхойлогддог. Ийм транзисторын ажиллах зарчим нь маш энгийн. Цахиурын субстрат дээр электрон (n-төрөл) эсвэл нүхний (p-төрөл) дамжуулалт бүхий хоёр допинг бүс үүсдэг. Эдгээр бүсүүдийг ус зайлуулах суваг, эх үүсвэр гэж нэрлэдэг. Хэвийн төлөвт электронууд (n-төрлийн хувьд) эсвэл нүхнүүд (p-төрлийн хувьд) хэдийгээр илүүдэл концентрацийн улмаас цахиурын бүсэд тархдаг ч ус зайлуулах суваг болон эх үүсвэрийн хооронд шилжих боломжгүй байдаг. цахиурын бүс нь зайлшгүй юм. Нэмж дурдахад ийм тархалтаас болж ус зайлуулах суваг, эх үүсвэр ба цахиурын хольцтой хэсгүүдийн хоорондох контактын хил дээр орон нутгийн цахилгаан орон үүсдэг бөгөөд энэ нь цаашдын тархалтаас сэргийлж, тээвэрлэгчээр шавхагдсан давхарга үүсэхэд хүргэдэг. Тиймээс хэвийн төлөвт эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хооронд гүйдэл дамжуулах боломжгүй юм. Эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хооронд цэнэгийг шилжүүлэхийн тулд хаалга гэж нэрлэгддэг гурав дахь электродыг ашигладаг. Хаалга нь цахиурын субстратаас цахиурын давхар исэл (SiO2) болох диэлектрик давхаргаар тусгаарлагддаг. Хаалга руу потенциал хэрэглэх үед түүний үүсгэсэн цахилгаан орон нь цахиурын үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчийг цахиурын субстрат руу гүн нүүлгэн шилжүүлж, ус зайлуулах суваг ба эх үүсвэрийн үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгч нь үүссэн зөөвөрлөгч багассан бүс рүү татагддаг (бид үүнийг ярьж байна). Гол цэнэгийн тээвэрлэгчдийн тухай, ялангуяа нүх, электронуудын тухай биш, учир нь энэ нь хоёулаа хоёулаа боломжтой). Үүний үр дүнд гол цэнэг зөөгчөөр ханасан хаалганы бүсэд эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хооронд нэг төрлийн суваг үүсдэг. Хэрэв одоо эх үүсвэр ба ус зайлуулах хооронд хүчдэл хэрэглэвэл гүйдэл нь сувгаар дамжин урсах болно. Энэ тохиолдолд транзистор нээлттэй төлөвт байна гэж хэлэх нь заншилтай байдаг. Хаалганы боломж алга болоход суваг устаж, гүйдэл гарахгүй, өөрөөр хэлбэл транзистор унтардаг.

Мөн бусад төрлийн транзисторуудыг, жишээлбэл, хоёр туйлтыг хагас дамжуулагч IC-д ашиглаж болно.

Биполяр технологи нь MDP технологиос 30% илүү төвөгтэй байдаг. MDP технологид технологийн үйл ажиллагаа, ялангуяа өндөр температурын тархалт бага байдаг; ижил төвөгтэй - жижиг хэмжээтэй (хоёр туйлт технологийн 20%), тиймээс ашиглах боломжтой микро схемийн өндөр хувь (учир нь жижиг талбайд согог үүсэх магадлал бага байдаг).

MIS микро схемийн өндөр найдвартай байдал нь: жижиг элементийн хэмжээ (жижиг элементийн хэмжээ, бага эрчим хүчний зарцуулалт нь нарийн төвөгтэй хэлхээнд ч илүүц болон олонхийн логикийг өргөнөөр ашиглах боломжтой болгодог); элемент хоорондын холболтын тоог мэдэгдэхүйц бууруулсан.

Хоёр туйлт микро схемийн давуу тал нь тэдний хурд юм.

11.2.2 Нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндсэн технологийн онцлогууд – 50 минут хүртэл

Хагас дамжуулагч MC технологийн хамгийн чухал зарчим бол технологийн нийцтэй байдалТранзистор болох хамгийн төвөгтэй элемент бүхий IC элементүүд. Бусад элементүүд (диодууд, резисторууд, конденсаторууд) боломжтой бол зөвхөн транзистор асдаг хэсгүүдийг агуулсан байх ёстой. Тиймээс хагас дамжуулагч IC үйлдвэрлэх технологийн процесс нь үндсэндээ транзисторын бүтцийг үйлдвэрлэх технологид суурилдаг.

Хоёр дахь чухал зарчим бол бүлгийн боловсруулалт MS. Энэ нь аль болох олон үйл ажиллагааг хамрах ёстой. Бүлэг боловсруулалт хийснээр IC параметрүүдийн давтагдах чадвар сайжирч, бие даасан IC-ийг үйлдвэрлэх хөдөлмөрийн эрчимжилт мэдэгдэхүйц буурдаг.

Дараагийн чухал зарчим бол боловсруулах үйл явцын олон талт байдал. Хүчин чадал, зориулалтын хувьд огт өөр IC-ийг үйлдвэрлэхэд ижил стандарт технологийн процесс, тоног төхөөрөмж, горимыг ашигладаг гэсэн үг юм. Энэ нь тоног төхөөрөмжийг дахин тохируулахгүйгээр янз бүрийн функциональ зорилгоор IC-ийг нэгэн зэрэг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Дөрөв дэх зарчим бол хоосон хавтанг нэгтгэх, бичил схемийн хамгийн их тооны шинж чанарыг агуулсан.

Орчин үеийн (хагас дамжуулагч) VLSI чип үйлдвэрлэх технологийн процесс нь шаардлагатай гүйцэтгэлийн шинж чанар бүхий микро схемийг олж авахын тулд анхны хагас дамжуулагч хавтан дээр хийгдсэн үйлдлүүд ба тэдгээрийн хоорондох шилжилтийн дараалал юм. Технологийн үйл ажиллагааг бэлтгэл, үндсэн, эцсийн гэсэн гурван бүлэгт хувааж болно.

Бэлтгэл ажил нь хагас дамжуулагч ембүү ургуулах (жишээ нь, Czochralski болон бүс хайлуулах аргыг ашиглах), өрөм болгон хайчилж, нунтаглах, өнгөлөх, өргүүрийн гадаргууг сийлбэрлэх, ионгүйжүүлсэн усанд угаах, хатаах гэх мэт.

Технологийн үндсэн үйлдлүүд нь литографи (хэт ягаан туяаны спектрийн бүсэд болон хатуу хэт ягаан туяанд фотолитографи, рентген литографи, электрон туяа, ионы литографи), эпитакси (өндөр вакуумд ууршуулж, идэвхгүй хийн ионоор цацах, задрал, бууралтаас үүдэлтэй эпитакси) орно. урвал, шингэн фаз ба молекулын цацрагийн эпитакси), исэлдэлт, сийлбэр (ионы цацраг ба ионы плазм), допинг (тархалт, ионы суулгац), анивчих (галоген чийдэн ашиглах, электрон туяа, лазераар баяжуулах), янз бүрийн химийн найрлагатай хальсыг буулгах. хавтан гэх мэт гадаргуу дээр.

Технологийн эцсийн үйлдлүүд нь ялтсуудыг талст болгон задлах, хугалах, гадна талын утсыг гагнах, талстыг хайрцагт битүүмжлэх гэх мэт орно.

Жагсаалтад орсон бараг бүх технологийн үйлдлүүд нь согогтой вафель, талстыг арилгах боломжийг олгодог хяналтын үйлдлүүд дагалддаг. Үүнд, жишээлбэл, ялтсууд дахь хольцын агууламжийг хянах, хавтангийн гадаргуугийн хэв гажилтыг хянах гэх мэт орно.

Төрөл бүрийн эрлийз интеграл хэлхээг үйлдвэрлэхдээ технологийн процесс нь янз бүрийн үйлдлүүдийг агуулж болно (энэ нь сонгосон технологиос хамаарна - нимгэн хальс эсвэл зузаан хальс, хэлхээнд ямар идэвхгүй элементүүдийг ашиглаж байгаагаас хамаарна - жишээлбэл, хальс байгаа эсэх. конденсатор).

Хагас дамжуулагч ба эрлийз хальсан IC-ийг үйлдвэрлэх технологийн процессын томруулсан диаграммыг Зураг 11.1, 11.2-т үзүүлэв.

Зураг 11.1 – Хагас дамжуулагч нэг чиптэй IC үйлдвэрлэх технологийн процессын томруулсан диаграмм.

Зураг 11.2 – Гибрид хальсан IC үйлдвэрлэх технологийн процессын томруулсан диаграмм.

Микро схемийг хэрхэн хийдэг вэ?

Эдгээр хоёр технологийн гол ялгаа нь юу болохыг ойлгохын тулд орчин үеийн процессор эсвэл нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн технологитой товч танилцах шаардлагатай.

Сургуулийн физикийн хичээлээс та мэдэж байгаагаар орчин үеийн электроникийн нэгдсэн хэлхээний үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг нь p ба n төрлийн хагас дамжуулагч (дамжуулагчийн төрлөөс хамаарч) юм. Хагас дамжуулагч гэдэг нь дамжуулах чанар нь диэлектрикээс илүү боловч металаас доогуур бодис юм. Хоёр төрлийн хагас дамжуулагчийн үндэс нь цахиур (Si) байж болох бөгөөд энэ нь цэвэр хэлбэрээрээ (дотоод хагас дамжуулагч гэж нэрлэгддэг) цахилгаан гүйдлийг муу дамжуулдаг боловч цахиурт тодорхой хольц нэмэх (орших) нь түүний дамжуулагч шинж чанарыг эрс өөрчилж чаддаг. . Донор ба хүлээн авагч гэсэн хоёр төрлийн хольц байдаг. Донорын хольц нь электрон төрлийн дамжуулагчтай n төрлийн хагас дамжуулагчийг үүсгэхэд хүргэдэг бөгөөд хүлээн авагч хольц нь нүхний төрлийн дамжуулагчтай p хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг үүсгэдэг. P- ба n-хагас дамжуулагчийн контактууд нь орчин үеийн микро схемийн үндсэн бүтцийн элементүүд болох транзисторуудыг үүсгэх боломжийг олгодог. CMOS транзистор гэж нэрлэгддэг эдгээр транзисторууд нь цахилгаан гүйдэл дамжуулах үед нээлттэй, цахилгаан дамжуулахгүй үед унтраах гэсэн хоёр үндсэн төлөвт байж болно. CMOS транзисторууд нь орчин үеийн микро схемийн гол элементүүд байдаг тул тэдгээрийн талаар илүү дэлгэрэнгүй ярилцъя.

CMOS транзистор хэрхэн ажилладаг вэ?

Хамгийн энгийн n төрлийн CMOS транзистор нь эх үүсвэр, хаалга, ус зайлуулах гэсэн гурван электродтой. Транзистор нь өөрөө нүхний дамжуулалт бүхий p төрлийн хагас дамжуулагчаар хийгдсэн бөгөөд электрон дамжуулалттай n төрлийн хагас дамжуулагч нь ус зайлуулах суваг болон эх үүсвэрийн бүсэд үүсдэг. Мэдээжийн хэрэг, p-бүсээс n-бүс рүү цоорхойн тархалт ба электронууд n-бүсээс p-бүс рүү урвуу тархсанаас болж хомсдолын давхаргууд (гол цэнэг тээвэрлэгч байхгүй давхарга) үүсдэг. p- ба n-бүс нутгийн шилжилтийн хил дээр. Хэвийн төлөв байдалд, өөрөөр хэлбэл хаалганд хүчдэл байхгүй үед транзистор нь "түгжигдсэн" төлөвт байна, өөрөөр хэлбэл эх үүсвэрээс ус зайлуулах суваг руу гүйдэл дамжуулах чадваргүй болно. Ус зайлуулах хоолой ба эх үүсвэрийн хооронд хүчдэл үүссэн ч нөхцөл байдал өөрчлөгдөхгүй (бид цөөнхийн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн үүсгэсэн цахилгаан талбайн нөлөөн дор хөдөлгөөний улмаас үүссэн алдагдлын гүйдлийг тооцохгүй. p-бүсийн хувьд n-бүс ба электронууд).

Гэсэн хэдий ч, хэрэв эерэг потенциалыг хаалганд хэрэглэвэл (Зураг 1) нөхцөл байдал эрс өөрчлөгдөнө. Хаалганы цахилгаан талбайн нөлөөгөөр нүхнүүд нь p-хагас дамжуулагч руу гүнзгий түлхэгдэж, электронууд эсрэгээрээ хаалганы доорх хэсэгт татагдан эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хооронд электроноор баялаг суваг үүсгэдэг. Хэрэв хаалган дээр эерэг хүчдэл өгвөл эдгээр электронууд эх үүсвэрээс ус зайлуулах суваг руу шилжиж эхэлдэг. Энэ тохиолдолд транзистор нь гүйдэл дамжуулдаг бөгөөд транзисторыг "нээлттэй" гэж нэрлэдэг. Хэрэв хаалганы хүчдэлийг арилгавал эх үүсвэр ба ус зайлуулах шугамын хоорондох хэсэгт электронууд орохоо больж, дамжуулагч суваг эвдэрч, транзистор гүйдэл дамжуулахаа болино, өөрөөр хэлбэл "унтрана". Тиймээс хаалганы хүчдэлийг өөрчилснөөр та транзисторыг нээж, хааж болох бөгөөд энэ нь хэлхээгээр дамжих гүйдлийн урсгалыг хянахын тулд ердийн унтраалга асаах, унтраах боломжтой юм. Ийм учраас транзисторыг заримдаа электрон унтраалга гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч, ердийн механик унтраалгауудаас ялгаатай нь CMOS транзисторууд нь бараг инерцигүй бөгөөд секундэд хэдэн триллион удаа асаалтаас унтраах чадвартай байдаг! Чухам энэ шинж чанар, өөрөөр хэлбэл агшин зуур солих чадвар нь эцэстээ хэдэн арван сая ийм энгийн транзисторуудаас бүрдэх процессорын гүйцэтгэлийг тодорхойлдог.

Тиймээс орчин үеийн нэгдсэн хэлхээ нь хэдэн арван сая энгийн CMOS транзисторуудаас бүрддэг. Эхний шат нь цахиурын субстратын үйлдвэрлэл болох бичил схемийг үйлдвэрлэх үйл явцын талаар илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Алхам 1. Өсөн нэмэгдэж буй хоосон зай

Ийм субстратыг бий болгох нь цилиндр хэлбэрийн цахиурын нэг талстыг ургуулахаас эхэлдэг. Дараа нь эдгээр нэг талст хэлбэртэй хоосон зайг (хоосон) дугуй хэлбэртэй вафель болгон хайчилж, зузаан нь ойролцоогоор 1/40 инч, диаметр нь 200 мм (8 инч) эсвэл 300 мм (12 инч) байна. Эдгээр нь микро схемийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг цахиур субстрат юм.

Цахиурын нэг талстаас вафель үүсгэхдээ хамгийн тохиромжтой болор бүтцийн хувьд физик шинж чанар нь сонгосон чиглэлээс (анизотропийн шинж чанар) ихээхэн хамаардаг болохыг харгалзан үздэг. Жишээлбэл, цахиурын субстратын эсэргүүцэл нь уртааш болон хөндлөн чиглэлд өөр өөр байх болно. Үүний нэгэн адил болор торны чиглэлээс хамааран цахиурын болор нь түүний цаашдын боловсруулалттай холбоотой аливаа гадны нөлөөнд (жишээлбэл, сийлбэрлэх, цацах гэх мэт) өөр өөр хариу үйлдэл үзүүлэх болно. Тиймээс, гадаргуутай харьцуулахад болор торны чиг баримжаа нь тодорхой чиглэлд хатуу хадгалагдахаар хавтанг нэг талстаас таслах ёстой.

Өмнө дурьдсанчлан, цахиурын нэг болор ажлын хэсгийн диаметр нь 200 эсвэл 300 мм байна. Түүнээс гадна 300 мм-ийн диаметр нь харьцангуй шинэ технологи бөгөөд бид үүнийг доор авч үзэх болно. Ийм диаметртэй хавтан нь Intel Pentium 4 процессорын тухай ярьж байгаа ч гэсэн нэгээс олон микро схемийг багтаах боломжтой нь тодорхой байна.Үнэхээр ийм субстратын хавтан дээр хэдэн арван микро схем (процессор) үүсдэг, гэхдээ энгийн байхын тулд бид үүнийг хийх болно. Ирээдүйн нэг микропроцессорын жижиг талбайд л тохиолдох процессуудыг авч үзье.

Алхам 2. Диэлектрик (SiO2) хамгаалалтын хальс тавих

Цахиурын субстрат үүссэний дараа нарийн төвөгтэй хагас дамжуулагч бүтцийг бий болгох үе шат эхэлдэг.

Үүнийг хийхийн тулд цахиурт донор, хүлээн авагч гэж нэрлэгддэг хольцыг нэвтрүүлэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч асуулт гарч ирж байна: нарийн тодорхойлсон загварын дагуу хольцыг хэрхэн нэвтрүүлэх вэ? Үүнийг боломжтой болгохын тулд хольц оруулах шаардлагагүй хэсгүүдийг цахиурын давхар ислийн тусгай хальсаар хамгаалж, зөвхөн цаашдын боловсруулалтанд хамрагдах хэсгүүдийг л үлдээдэг (Зураг 2). Хүссэн хэв маягийн ийм хамгаалалтын хальс үүсгэх үйл явц нь хэд хэдэн үе шатаас бүрдэнэ.

Эхний шатанд цахиурын хавтанг бүхэлд нь цахиурын давхар ислийн (SiO2) нимгэн хальсаар бүрхсэн бөгөөд энэ нь маш сайн тусгаарлагч бөгөөд цахиурын талстыг цаашид боловсруулах явцад хамгаалалтын хальс болдог. Өргөст цаасыг өндөр температур (900-аас 1100 ° C) ба даралттай тасалгаанд байрлуулсан бөгөөд хүчилтөрөгч нь вафельны гадаргуугийн давхаргад тархаж, цахиур исэлдэж, цахиурын давхар ислийн гадаргуугийн хальс үүсгэдэг. Цахиурын давхар ислийн хальс нь нарийн тодорхойлсон зузаантай, согоггүй байхын тулд исэлдэлтийн процессын явцад вафельны бүх цэгүүдэд тогтмол температурыг чанд барих шаардлагатай. Хэрэв вафель бүхэлдээ цахиурын давхар ислийн хальсаар хучигдаагүй бол хүсээгүй исэлдэлтээс сэргийлэхийн тулд Si3N4 маскыг эхлээд цахиурын субстрат дээр түрхэнэ.

Алхам 3. Фоторезистийг хэрэглэх

Цахиурын субстратыг цахиурын давхар ислийн хамгаалалтын хальсаар бүрхсэний дараа цаашдын боловсруулалтанд хамрагдах хэсгүүдээс энэ хальсыг зайлуулах шаардлагатай. Киноыг сийлбэрээр арилгаж, үлдсэн хэсгийг сийлбэрээс хамгаалахын тулд ваферын гадаргуу дээр фоторезист гэж нэрлэгддэг давхаргыг хэрэглэнэ. "Фоторезист" гэсэн нэр томъёо нь гэрэлд мэдрэмтгий, түрэмгий хүчин зүйлүүдэд тэсвэртэй нэгдлүүдийг хэлдэг. Ашигласан найрлага нь нэг талаас гэрэл зургийн тодорхой шинж чанартай байх ёстой (хэт ягаан туяаны нөлөөн дор тэдгээр нь уусдаг бөгөөд сийлбэр хийх явцад угааж арилдаг), нөгөө талаас хүчил, шүлтлэгт сийлбэрийг тэсвэрлэх чадвартай байх ёстой. , халаалт гэх мэт. Фоторезистүүдийн гол зорилго нь хүссэн тохиргооны хамгаалалтын тусламжийг бий болгох явдал юм.

Фоторезистийг хэрэглэх, өгөгдсөн хэв маягийн дагуу хэт ягаан туяагаар цаашид цацрагжуулах үйл явцыг фотолитографи гэж нэрлэдэг бөгөөд дараахь үндсэн үйлдлүүдийг агуулдаг: фоторезистийн давхарга үүсгэх (субстрат боловсруулах, хэрэглэх, хатаах), хамгаалалтын рельеф үүсгэх (өрчлөх, хөгжүүлэх) , хатаах) ба дүрсийг субстрат руу шилжүүлэх (сийлбэрлэх, шүрших гэх мэт).

Фоторезистийн давхаргыг (Зураг 3) субстрат дээр хэрэглэхээс өмнө сүүлийнх нь урьдчилсан боловсруулалтанд хамрагдаж, үүний үр дүнд фоторезистийн давхаргад наалдац нь сайжирдаг. Фоторезистийн жигд давхаргыг хэрэглэхийн тулд центрифугийн аргыг ашигладаг. Субстратыг эргэдэг диск (центрифуг) дээр байрлуулсан бөгөөд төвөөс зугтах хүчний нөлөөн дор фоторезист нь субстратын гадаргуу дээр бараг жигд давхаргад тархдаг. (Бараг жигд давхаргын тухай ярихдаа бид төвөөс зугтах хүчний нөлөөн дор үүссэн хальсны зузаан нь төвөөс ирмэг хүртэл нэмэгддэгийг харгалзан үздэг боловч фоторезистийг хэрэглэх энэ арга нь давхаргын хэлбэлзлийг тэсвэрлэх чадвартай. ±10% дотор зузаан.)

Алхам 4. Литографи

Фоторезистийн давхаргыг хэрэглэж, хатаасны дараа шаардлагатай хамгаалалтын тусламж үүсэх үе шат эхэлнэ. Тусламж нь хэт ягаан туяаны нөлөөн дор фоторезистийн давхаргын тодорхой хэсэгт унаснаар уусах шинж чанар өөрчлөгддөг, жишээлбэл, гэрэлтсэн хэсэг нь уусгагчд уусахаа больж, уусгагчийг арилгадаг. гэрэлтүүлэгт өртөөгүй давхарга, эсвэл эсрэгээр - гэрэлтүүлсэн хэсгүүд уусдаг. Тусламжийг бүрдүүлэх аргад үндэслэн фоторезистийг сөрөг ба эерэг гэж хуваадаг. Сөрөг фоторезистүүд нь хэт ягаан туяанд өртөх үед хамгаалалтын тусламжийн хэсгүүдийг үүсгэдэг. Эерэг фоторезистүүд нь эсрэгээр, хэт ягаан туяаны нөлөөн дор шингэний шинж чанарыг олж авч, уусгагчаар угаана. Үүний дагуу хэт ягаан туяанд өртөөгүй газруудад хамгаалалтын давхарга үүсдэг.

Фоторезистийн давхаргын хүссэн хэсгийг гэрэлтүүлэхийн тулд маскны тусгай загварыг ашигладаг. Ихэнхдээ энэ зорилгоор гэрэл зургийн болон бусад аргаар олж авсан тунгалаг бус элемент бүхий оптик шилэн хавтанг ашигладаг. Үнэн хэрэгтээ ийм загвар нь ирээдүйн микро схемийн аль нэг давхаргын зургийг агуулдаг (нийтдээ хэдэн зуун ийм давхарга байж болно). Энэ загвар нь лавлагаа учраас маш нарийн хийх ёстой. Нэмж дурдахад нэг фото маскаас олон зургийн хавтан хийх болно гэдгийг харгалзан үзэхэд энэ нь удаан эдэлгээтэй, эвдрэлд тэсвэртэй байх ёстой. Эндээс харахад гэрэл зургийн маск нь маш үнэтэй зүйл болох нь тодорхой байна: бичил схемийн нарийн төвөгтэй байдлаас хамааран энэ нь хэдэн арван мянган долларын үнэтэй байж болно.

Хэт ягаан туяа нь ийм загвараар дамждаг (Зураг 4) нь зөвхөн фоторезистийн давхаргын гадаргуугийн шаардлагатай хэсгийг гэрэлтүүлдэг. Цацрагийн дараа фоторезист нь боловсруулалтанд ордог бөгөөд үүний үр дүнд давхаргын шаардлагагүй хэсгийг арилгадаг. Энэ нь цахиурын давхар ислийн давхаргын харгалзах хэсгийг ил гаргадаг.

Фотолитографийн үйл явц нь илт энгийн хэдий ч микро схемийн үйлдвэрлэлийн энэ үе шат нь хамгийн төвөгтэй юм. Баримт нь Мурын таамаглалын дагуу нэг чип дээрх транзисторын тоо экспоненциалаар нэмэгддэг (хоёр жил тутамд хоёр дахин нэмэгддэг). Транзисторын тоог ийм хэмжээгээр нэмэгдүүлэх нь зөвхөн тэдгээрийн хэмжээ багассантай холбоотой боловч литографийн процесст "тогтоосон" нь яг л бууралт юм. Транзисторыг жижиг болгохын тулд фоторезистийн давхаргад хэрэглэсэн шугамын геометрийн хэмжээсийг багасгах шаардлагатай. Гэхдээ бүх зүйлд хязгаар байдаг тул лазерын туяаг цэг дээр төвлөрүүлэх нь тийм ч хялбар биш юм. Баримт нь долгионы оптикийн хуулиудын дагуу лазер туяа төвлөрсөн цэгийн хамгийн бага хэмжээг (үнэндээ энэ нь зүгээр л толбо биш, харин дифракцийн загвар юм) бусад хүчин зүйлүүдээс гадна тодорхойлдог. гэрлийн долгионы уртаар. 70-аад оны эхээр литографийн технологийн хөгжил нь гэрлийн долгионы уртыг багасгах чиглэлд явагдсан. Энэ нь нэгдсэн хэлхээний элементүүдийн хэмжээг багасгах боломжийг олгосон юм. 80-аад оны дунд үеэс фотолитографи нь лазераар үүсгэсэн хэт ягаан туяаг ашиглаж эхэлсэн. Санаа нь энгийн: хэт ягаан туяаны долгионы урт нь харагдах гэрлийн долгионы уртаас богино байдаг тул фоторезистийн гадаргуу дээр илүү нарийн зураас авах боломжтой. Саяхныг хүртэл литографи нь 248 нм долгионы урттай гүн хэт ягаан туяаг (DUV) ашигладаг байсан. Гэсэн хэдий ч фотолитографи нь 200 нм-ээс хэтрэх үед ноцтой асуудал үүсч, энэ технологийг үргэлжлүүлэн ашиглахад анх удаа эргэлзээ төрүүлэв. Жишээлбэл, 200 микроноос бага долгионы урттай үед хэт их гэрэл гэрэл мэдрэмтгий давхаргад шингэж, улмаар хэлхээний загварыг процессор руу шилжүүлэх үйл явцыг хүндрүүлж, удаашруулдаг. Иймэрхүү бэрхшээлүүд нь судлаачид болон үйлдвэрлэгчдийг уламжлалт литографийн технологиос өөр хувилбар хайхад хүргэж байна.

EUV литографи (Extreme Ultraviolet ultra-hard ultraviolet radiation) хэмээх шинэ чулуун зургийн технологи нь 13 нм долгионы урттай хэт ягаан туяаг ашиглахад суурилдаг.

DUV-ээс EUV литограф руу шилжих нь долгионы уртыг 10 дахин багасгаж, хэдхэн арван атомын хэмжээтэй харьцуулах боломжтой муж руу шилжих боломжийг олгодог.

Өнөөгийн литографийн технологи нь хамгийн багадаа 100 нм утасны өргөнтэй хэв маягийг гаргах боломжийг олгодог бол EUV литографи нь 30 нм хүртэл жижиг шугамын өргөнийг хэвлэх боломжийг олгодог. Хэт богино цацрагийг хянах нь санагдсан шиг хялбар биш юм. EUV цацраг нь шилэнд сайн шингэдэг тул шинэ технологид маск түрхсэний дараа олж авсан дүрсийг багасгаж, төвлөрүүлдэг дөрвөн тусгай гүдгэр толин тусгалыг ашиглах явдал юм (Зураг 5, ,). Ийм толь бүр нь ойролцоогоор 12 атомын зузаантай 80 бие даасан металл давхаргыг агуулдаг.

Алхам 5: Сийлбэр хийх

Фоторезистийн давхаргыг ил гаргасны дараа сийлбэрийн үе шат нь цахиурын давхар ислийн хальсыг арилгаж эхэлдэг (Зураг 8).

Сийлбэр хийх үйл явц нь ихэвчлэн хүчиллэг баннтай холбоотой байдаг. Энэхүү хүчиллэг сийлбэрийн аргыг өөрийн гараар хэвлэсэн хэлхээний самбар хийсэн радио сонирхогчид сайн мэддэг. Үүнийг хийхийн тулд ирээдүйн хавтангийн замын хэв маягийг тугалган цаасаар бүрсэн ПХБ-д лакаар түрхэж, хамгаалалтын давхаргын үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд дараа нь хавтанг азотын хүчилтэй ваннд буулгана. Тугалган цаасны шаардлагагүй хэсгүүдийг сийлбэрлэж, цэвэр ПХБ-г ил гаргадаг. Энэ арга нь хэд хэдэн сул талуудтай бөгөөд тэдгээрийн гол нь давхаргыг арилгах үйл явцыг нарийн хянах боломжгүй байдаг, учир нь сийлбэрлэх үйл явцад хэт олон хүчин зүйл нөлөөлдөг: хүчиллэг концентраци, температур, конвекц гэх мэт. Үүнээс гадна хүчил нь материалтай бүх чиглэлд харилцан үйлчилж, фоторезистийн маскын ирмэгийн доор аажмаар нэвтэрч, өөрөөр хэлбэл, фоторезистээр бүрхэгдсэн давхаргыг хажуу талаас нь устгадаг. Тиймээс процессор үйлдвэрлэхдээ плазм гэж нэрлэгддэг хуурай сийлбэрийн аргыг ашигладаг. Энэ арга нь сийлбэрийн үйл явцыг нарийн хянах боломжийг олгодог бөгөөд сийлсэн давхаргыг устгах нь босоо чиглэлд хатуу явагддаг.

Хуурай сийлбэр нь ионжуулсан хий (плазм) ашиглан вафель гадаргуугаас цахиурын давхар ислийг зайлуулдаг бөгөөд энэ нь цахиурын давхар ислийн гадаргуутай урвалд орж, дэгдэмхий дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэдэг.

Сийлбэрийн процедурын дараа, өөрөөр хэлбэл цэвэр цахиурын хүссэн хэсгүүд ил гарсан тохиолдолд фото давхаргын үлдсэн хэсгийг арилгана. Тиймээс цахиурын давхар ислээр хийсэн загвар нь цахиурын субстрат дээр үлддэг.

Алхам 6. Тархалт (ион суулгац)

Цахиурын субстрат дээр шаардлагатай хэв маягийг бүрдүүлэх өмнөх үйл явц нь донор эсвэл хүлээн авагч хольцыг нэвтрүүлэх замаар зөв газарт хагас дамжуулагч бүтцийг бий болгох шаардлагатай байсныг эргэн санацгаая. хольц нэвтрүүлэх үйл явц тархалт (Зураг. 9) цахиурын болор тор руу хольц атом жигд нэвтрүүлэх замаар явуулж байна. N төрлийн хагас дамжуулагчийг олж авахын тулд сурьма, хүнцэл эсвэл фосфорыг ихэвчлэн ашигладаг. P хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг авахын тулд бор, галли эсвэл хөнгөн цагааныг хольц болгон ашигладаг.

Ионы суулгацыг нэмэлт бодисыг тараах процесст ашигладаг. Суулгац суулгах үйл явц нь өндөр хүчдэлийн хурдасгуураас "буудсан" хүссэн хольцын ионуудаас бүрддэг бөгөөд хангалттай энергитэй бөгөөд цахиурын гадаргуугийн давхаргад нэвтэрдэг.

Тиймээс ион суулгацын үе шатны төгсгөлд хагас дамжуулагчийн бүтцийн шаардлагатай давхаргыг бий болгосон. Гэсэн хэдий ч микропроцессоруудад ийм давхарга хэд хэдэн байж болно. Үүссэн хэлхээний загварт дараагийн давхаргыг бий болгохын тулд цахиурын давхар ислийн нэмэлт нимгэн давхаргыг ургуулна. Үүний дараа поликристалл цахиурын давхарга ба фоторезистийн өөр давхарга хуримтлагдана. Хэт ягаан туяа нь хоёр дахь маскаар дамждаг бөгөөд гэрэл зургийн давхарга дээрх харгалзах хэв маягийг тодруулдаг. Дараа нь дахин фото давхаргыг уусгах, сийлбэрлэх, ион суулгах үе шатууд орно.

Алхам 7. Шүрших, тунадасжуулах

Шинэ давхаргыг түрхэх ажлыг хэд хэдэн удаа хийдэг бол давхарга хоорондын холболтын хувьд "цонх" нь метал атомаар дүүрсэн давхаргад үлддэг; Үүний үр дүнд болор дээр бүсийг дамжуулдаг металл тууз үүсдэг. Ийм байдлаар орчин үеийн процессорууд гурван хэмжээст нарийн төвөгтэй хэлхээг бүрдүүлдэг давхаргууд хоорондын холболтыг бий болгодог. Бүх давхаргыг ургуулах, боловсруулах үйл явц хэдэн долоо хоног үргэлжилдэг бөгөөд үйлдвэрлэлийн мөчлөг нь өөрөө 300 гаруй үе шатаас бүрддэг. Үүний үр дүнд олон зуун ижил процессорууд цахиур хавтан дээр үүсдэг.

Давхарга хийх явцад өртөх нөлөөллийг тэсвэрлэхийн тулд цахиурын хавтангуудыг эхлээд нэлээд зузаан болгодог. Тиймээс, өрөмийг бие даасан процессор болгон зүсэхээс өмнө түүний зузааныг 33% -иар багасгаж, ар талаас шороог зайлуулдаг. Дараа нь ирээдүйн процессорын биед болор бэхэлгээг сайжруулахын тулд тусгай материалын давхаргыг субстратын арын хэсэгт хэрэглэнэ.

Алхам 8. Эцсийн шат

Формацийн мөчлөгийн төгсгөлд бүх процессоруудыг сайтар шалгадаг. Дараа нь туршилтанд аль хэдийн тэнцсэн тодорхой талстуудыг тусгай төхөөрөмж ашиглан субстратын хавтангаас хайчилж авдаг (Зураг 10).

Микропроцессор бүрийг хамгаалалтын орон сууцанд суулгасан бөгөөд энэ нь микропроцессорын чип болон гадаад төхөөрөмжүүдийн хооронд цахилгаан холболтыг хангадаг. Орон сууцны төрөл нь микропроцессорын төрөл, зориулалтаас хамаарна.

Хэргийг битүүмжлэсний дараа микропроцессор бүрийг дахин шалгана. Алдаатай процессоруудыг татгалзаж, ажиллаж байгаа процессоруудыг ачааллын туршилтанд хамруулдаг. Дараа нь процессоруудыг өөр өөр цагийн хурд болон тэжээлийн хүчдэлийн үйлдлээр нь ангилдаг.

Ирээдүйтэй технологиуд

Бид микро схем (ялангуяа процессор) үйлдвэрлэх технологийн процессыг маш хялбаршуулсан байдлаар авч үзсэн. Гэхдээ ийм өнгөц танилцуулга ч гэсэн транзисторын хэмжээг багасгахад тулгарч буй технологийн бэрхшээлийг ойлгох боломжийг олгодог.

Гэсэн хэдий ч шинэ ирээдүйтэй технологийг авч үзэхээсээ өмнө бид нийтлэлийн эхэнд тавьсан асуултанд хариулах болно: технологийн процессын дизайны стандарт гэж юу вэ, 130 нм-ийн дизайны стандарт нь 180 стандартаас юугаараа ялгаатай вэ? нм? 130 нм буюу 180 нм нь микро схемийн нэг давхарга дахь хоёр зэргэлдээ элементийн хоорондох хамгийн бага зай, өөрөөр хэлбэл микро схемийн элементүүд холбогдсон сүлжээний алхам юм. Энэ шинж чанар нь бага байх тусам микро схемийн ижил хэсэгт илүү их транзистор байрлуулж болох нь ойлгомжтой.

Одоогоор Intel процессорууд 0.13 микрон процессын технологийг ашиглаж байна. Энэхүү технологийг Northwood цөмтэй Intel Pentium 4 процессор, Tualatin цөмтэй Intel Pentium III процессор, Intel Celeron процессор үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Ийм технологийн процессыг ашиглах үед транзисторын ашигтай сувгийн өргөн нь 60 нм, хаалганы оксидын давхаргын зузаан нь 1.5 нм-ээс ихгүй байна. Нийтдээ Intel Pentium 4 процессор нь 55 сая транзистор агуулдаг.

Процессорын чип дэх транзисторын нягтралыг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ 0.18 микрон технологийг орлосон 0.13 микрон технологи нь өөр шинэлэг зүйлтэй. Нэгдүгээрт, энэ нь тусдаа транзисторуудын хоорондох зэс холболтыг ашигладаг (0.18 микрон технологид холболтууд нь хөнгөн цагаан байсан). Хоёрдугаарт, 0.13 микрон технологи нь бага эрчим хүч зарцуулдаг. Жишээлбэл, хөдөлгөөнт төхөөрөмжийн хувьд энэ нь микропроцессорын эрчим хүчний хэрэглээ багасч, батерейны ашиглалтын хугацаа уртасна гэсэн үг юм.

За, 0.13 микрон технологийн процесст шилжих явцад хэрэгжсэн хамгийн сүүлийн шинэлэг зүйл бол 300 мм-ийн голчтой цахиур хавтан (вафель) ашиглах явдал юм. Үүнээс өмнө ихэнх процессорууд болон микро схемүүдийг 200 мм-ийн хавтан дээр үндэслэн үйлдвэрлэдэг байсныг эргэн санацгаая.

Өрөөний диаметрийг нэмэгдүүлэх нь процессор бүрийн зардлыг бууруулж, зохих чанарын бүтээгдэхүүний гарцыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Үнэн хэрэгтээ, 300 мм-ийн диаметртэй вафельний талбай нь 200 мм-ийн диаметртэй вафельний талбайгаас 2.25 дахин их бөгөөд үүний дагуу 300 диаметртэй нэг хавтанцараас гаргаж авсан процессоруудын тоо юм. мм нь хоёр дахин их байна.

2003 онд 90 нанометр хэмээх түүнээс ч бага дизайны стандарт бүхий шинэ технологийн процессыг нэвтрүүлэх төлөвтэй байна. Intel нь процессор, чипсет, харилцаа холбооны тоног төхөөрөмж зэрэг ихэнх бүтээгдэхүүнээ үйлдвэрлэх шинэ процессыг Орегон муж улсын Хиллсборо дахь Intel-ийн D1C 300 мм-ийн өргүүрийн туршилтын үйлдвэрт боловсруулсан.

2002 оны 10-р сарын 23-нд Intel Нью Мексикийн Рио Ранчо хотод 2 тэрбум долларын өртөгтэй шинэ байгууламж нээлээ. F11X нэртэй шинэ үйлдвэр нь 0.13 микрон дизайны процессыг ашиглан 300 мм-ийн хавтан дээр процессор үйлдвэрлэхэд хамгийн сүүлийн үеийн технологийг ашиглана. 2003 онд үйлдвэрийг 90 нм-ийн дизайны стандарттай технологийн процесст шилжүүлнэ.

Нэмж дурдахад, Intel компани 90 нм загварын стандарт бүхий 300 мм-ийн цахиур хавтан дээр хагас дамжуулагч эд анги үйлдвэрлэх зориулалттай Лейкслип (Ирланд) дахь Fab 24-т өөр үйлдвэрлэлийн байгууламжийн барилгын ажлыг дахин эхлүүлж байгаагаа аль хэдийн зарласан. Нийт 1 сая гаруй метр квадрат талбай бүхий шинэ үйлдвэр. фут нь 160 мянган хавтгай дөрвөлжин метр талбайтай, ялангуяа цэвэрхэн өрөөнүүдтэй. ft. 2004 оны эхний хагаст ашиглалтад орох төлөвтэй байгаа бөгөөд мянга гаруй ажилчинтай болно. Байгууламжийн өртөг нь ойролцоогоор 2 тэрбум доллар юм.

90 нм процесс нь олон төрлийн дэвшилтэт технологийг ашигладаг. Эдгээр нь 50 нм (Зураг 11) хаалганы урттай дэлхийн хамгийн жижиг бөөнөөр үйлдвэрлэгдсэн CMOS транзисторууд бөгөөд эрчим хүчний хэрэглээг багасгахын зэрэгцээ гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд урьд өмнө үйлдвэрлэгдсэн транзисторуудын хамгийн нимгэн хаалганы ислийн давхарга юм - ердөө 1.2 нм (Зураг 11). 12) буюу 5-аас бага атомын давхаргатай, өндөр хүчин чадалтай, чангаруулсан цахиурын технологийн салбарын анхны хэрэгжилт.

Бүртгэгдсэн шинж чанаруудаас зөвхөн "стресстэй цахиур" гэсэн ойлголтыг тайлбарлах шаардлагатай байж магадгүй юм (Зураг 13). Ийм цахиурт атомуудын хоорондох зай нь ердийн хагас дамжуулагчтай харьцуулахад их байдаг. Энэ нь эргээд өргөн эгнээтэй зам дээр хөдөлгөөн илүү чөлөөтэй, хурдан хөдөлдөгтэй адил гүйдэл илүү чөлөөтэй урсах боломжийг олгодог.

Бүх шинэчлэлийн үр дүнд транзисторын гүйцэтгэлийн шинж чанар 10-20% -иар сайжирч, үйлдвэрлэлийн өртөг ердөө 2% -иар нэмэгддэг.

Нэмж дурдахад, 90 нм процесс нь нэг чип бүрт долоон давхаргыг ашигладаг (Зураг 14), энэ нь 130 нм процессоос нэг давхарга илүү, мөн зэсийн харилцан холболтыг ашигладаг.

Эдгээр бүх боломжууд нь 300 мм-ийн цахиур хавтантай хослуулан Intel-д гүйцэтгэл, үйлдвэрлэлийн хэмжээ, өртөг зэрэг давуу талыг өгдөг. Intel-ийн шинэ процессын технологи нь Мурын хуулийн дагуу салбарыг үргэлжлүүлэн хөгжүүлэх боломжийг олгож, процессорын гүйцэтгэлийг дахин дахин нэмэгдүүлснээр хэрэглэгчид ч ашиг хүртдэг.