1. Основнітерміни та означеня в технології електроніки. Технологічність виробів та
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
1. Основнітерміни та означеня в технології електроніки.Технологічність виробів та критерії технологічності. Інтегральна-планарна технологія як зразок високої технологічності. Інтегральна мікросхема – це електронний пристрій, який виконує деяку функ-цію обробки або перетворення електричних сигналів і має високу щільність паку-ванняелектрично з’єднаних елементів таким чином, що з точки зору конструкти-вно-технологічних та експлуатаційних вимог розглядається як єдиний виріб. Елемент ІМС – це частина інтегральної мікросхеми, яка реалізує функцію одно-го з електро-радіо елементів (транзистора, діода, конденсатора, резистора), яка виконана неподільно від кристала або підкладки і не може бути виділена як са-мостійний виріб з вимогами до випробувань, приймання та експлуатації. Компонент ІМС – це частина ІМС, яка реалізує функцію одного з електро-радіо елементів або їх сукупності (мініатюрний дискретний транзистор, конденсатор ве-ликої ємності, без корпусна ІМС) і за вимогами до випробовувань, приймання, по-ставки та експлуатації може бути виділена як самостійний виріб. Підкладка ІМС – це конструктивна і функціональна частина ІМС, виготовлена як правило, з напівпровідникового або діелектричного матеріалу і призначена для формування на її поверхні елементів ІМС ,міжелементних і міжкомпонентних з’єднань і контактних площинок. ристовують для виготовленнянапівпровідникових ІМС. Кристал ІМС – це конструктивно виділеначастинанапівпровідниковоїпласти-ни, в об’ємі та на поверхніякоїсформованіелементинапівпровідникової ІМС, міжелементніз’єднання, а по периметру – контактніплощинки.Кристали ІМС отри- муютьпіслязавершенняповноготехнологічного циклу формуванняелементів та різаннянапівпровідниковоїпластини, яка складаєтьсяізсотеньоднотипнихкрис-Н.М. Щупляк. Основиелектроніки і мікроелектроніки. http://dmtc.org.ua/ 9 талів. У кристаліформуютьсяфункціональнозавершенінапівпровідникові ІМС. В іноземнійлітературіїхназиваютьчипами. Контактна площинка – цеметалізованаділянка на платіабо на кристалі, яка служить для під’єднаннязовнішніхвиводів ІМС, контактів, навіснихкомпонентів, а також для контролю їїелектричнихпараметрів і режимів. Корпус – частинаконструкції ІМС, яка призначена для їїзахистувідзовнішньо-говпливу та з’єднанняіззовнішніми колами за допомогоювиводів. Типи і розмі-римікросхем, а такожрозташування і число виводівстандартизовані. 2. Умови виробництва електронної техніки з точки зору чистоти приміщень. Чисті кімнати та способи організації в них повітряного потоку. Електронно-вакуумна гігієна. Особливості ел-го виробництва: 1) висока точність 2) мініатюрність 3) висока чутливість до зовнішніх факторів: кліматичних (температура, вологість та інше) запиленість повітря 4) ел-не виробництво має бути з високим ступенем чистоти Щоб виключити людину як джерело забруднення треба переходити до безлюдного виробництва (робототехніка) Гігієна – комплекс технологічних і організаційних засобів, що забезпечують чистоту виробництва. Стосується місць розташування підприємств, екіпіровки. Класифікація робочих приміщень по чистоті Клас чистоти Максимальна в м 3 Кількість часток та аерозолів в л 1 3.5 10 3 4 2 3.5 10 4 35 3 3.5 10 5 350 4 3.5 10 6 3500 CH – 245 – 71 Чисте приміщення – приміщення в якому контролюється кількість аерозольних частинок, це приміщення побудоване щоб звести до мінімуму генерацію, надходження і накопичення частинок в середовищі приміщення, і в якому при необхідності контролюються інші параметри (температура, тиск, вологість). Основними принципами забезпечення чистоти є створення в чистому приміщенні надлишкового тиску по відношенню з сусідніми приміщеннями, кількість повітря що надходить повинна перевищувати мінімум на 20 % витяжку, за умови що це приміщення в середині будови і не менше 50% при наявності вікон та дверей, що забезпезпечують рух повітря в приміщенні з високими вимогами чистоти. Можна умовно виділититакі основні підходи до створення таких умов: 1. Визначення принципу розділення зон (3 різні класи чистоти) 2. Забезпечення балансу обміну повітря – створення системи вентиляції та конденсування. 3. Застосування фільтрів і багатоступінчатих фільтрів. 4. Забезпечення необхідного перепаду тиску. 5. Розробка ефективних конструкторських рішень, використання належних матеріалів і устаткування. 6. Контроль параметрів повітря. 7. Правильна експлуатацій чистих приміщень. 8. Навчання персоналу. 9. Атестація проекту. Чисті приміщення повітряного потоку ГОСТ ISO 146-44-2000 Чиста зона – певний простір в якому контролюється концентрація часток і збудованоі використано так, щоб звести до мінімуму надходження, виділення і утримання часток у середині зони і що дозволяє в міру необхідності контролювати інші параметри (температура, тиск, вологість). Для захисту підкладок від забруднення використовують спеціальну тару. 3.Вимоги до технологічнихматеріалів, води, газів. Основніметодиїх очистки та контролю. Вхідний контроль — перевірка якості сировини та допоміжних матеріалів якінадходять у виробництво. Постійний аналіз якості сировини та матеріалів, які постачаються дозволяє впливати на виробництво підприємства – постачальників, добиваючись підвищення якості. Цей контроль регулюється положеннями ГОСТ24297-87 "Входной контроль продукции. Основныеположения". Вхідний контроль проводить підрозділ вхідного контролю, який входить доскладу служби технічного контролю підприємства. Задачами контролю є перевірка наявності супроводжуючої документації на продукцію, відповідність продукції нормам конструкторської та нормативно-технічної документації, накопичення даних по фактичному рівню якості продукції, що отримується, і розробці пропозицій попідвищенню якості та перегляду вимог НТД на продукцію, періодичний контроль за правилами та строками зберігання продукції постачальників. Вхідний контроль проводять в спеціальному приміщенні, обладаним необхіднимобладнанням для контролю, випробуванням та оргтехніки, які відповідають вимогамохорони праці. Класифікація показників якості На стадії експлуатації конструкції розробляються програми якості по такихнапрямках: -проектні (оцінка проектної документації); -виробничо-технологічні (підготовка виробництва, а саме обладнання,робітників, робочих місць); -експлуатаційні (по умовах експлуатації данного виробу); -прогнозуючі (з урахуванням умов експлуатації конструкції).При виготовленні зварних конструкцій деякі властивості матеріалів,такі, як розміри, а також металургійні та температурні показникиможуть змінюватись, що призведе до зміни показників якості. Ці та інші важливі показники якісті для конкретної продукції напряму впливають на найголовніший показник якості – експлуатаційну надійність. Експлуатаційною надійністю називають здатність виробу виконувати задані функції, при збереженні своїх експлуатаційних показників, в заданих межах і на протязі певного проміжку часу. Точно цей показник визначитинеможливо, адже для його визначення треба відстежувати весь циклроботи конструкції, або проводити статичні випробування, що є великимизатратами часу та коштів. Тому замість експлуатаційної надійності використовують показник виробничої або виробничо-технологічної надійності – величини, які не можуть бути виміряні кількісно. Заготівкам до зварювання, показник якості яких Ні, присвоємо умовне значення1,0. При виконанні зварювання з’єднання зазнає технологічних rт – технологічних втрат, за рахунок зміни властивостей основного матеріалу при зварюванні та виробничих rв – виробничих втрат, за рахунок зварювальних дефектів. Виробничі татехнологічні втрати об’єднуть і називають однією назвою виробничо- технологічнівтрати rВТ.На стадії експлуатації конструкція «зношується» і це приводить до втрати якості,яка позначається Dе – експлуатаціїні втрати. Нтв – це потенційна якість конструкції. ЇЇ можна спрогнозувати, визначивши DТ та DВ за допомогою руйнівних тестів, які імітують умови експлуатіції конструкції. 4. Узагальнена структурна схема технологічного процесу виробництва електронної техніки. Основні його етапи. Технология полупроводникового производства базируется в настоящее время на таких сложных прецизионных процессах обработки, как фото- и электролитография, оксидирование, ионоплазменное распыление, ионная имплантация, диффузия, термокомпрессия и др. К материалам, используемым в производстве, предьявляют высокие требования по чистоте и совершенству структуры. Для осуществления большинства технологических операций используют уникальное по характеристикам оборудование: оптико-механическое, термическое, ионно-лучевое. Процессы осуществляются в специальных обеспыленных помещениях с заданными влажностью и температурой. Технологический маршрут – это последовательность технологических операций обработки полупроводниковых пластин, применяемых для изготовления данного типа полупроводника или интегральной микросхемы. Документом, содержащим описание маршрута, является маршрутная карта. Технологические процессы изготовления различных ПП и ИМС многообразны. Можно выделить ряд общих технологических операций и примерно одинаковую их последовательность. Типовым маршрутом изготовления планарного ПП или ИМС определяется следующими этапами на примере транзистора: 1) Подготовка пластин –пластина подвергается промывке, очистке, травлению с целью удаления с поверхности пластин загрязнений и частиц пыли. 2) Создание топологического рисунка – например чтобы в эпитаксиальной структуре сформировать области с электропроводностью р-типа необходимо обеспечить проведение локальной диффузии через окна – отверстия в защитной маске. Размеры этих окон задают с помощью процесса фотолитографии. Маской служит пленка диоксида кремния. 3) Получение р-п-перхода база коллектор. Для прецизионной дозировки количества вводимой в кристалл примеси – атомов бора при создании области р- базы – используют процесс ионной имплантации, заключающийся во внедрении ускоренных ионов в поверхность кристалла. 4) Получение р-п-перехода эмиттер база. Вначале формируют топологический рисунок эмиттерных областей, используя процесс фотолитографии по пленке диоксид кремния над базовой областью. Одновременно вскрывают окна, задающие конфигурацию коллекторных контактов. Фоторезист удаляют и ведут диффузию фосфора с высокой концентрацией на малую глубину(до 1 – 1.5 мкм). 5) Контактная металлизация. Для присоединения к областям эмиттера, базы и коллектора электрических выводов необходимо металлизировать поверхности контактов. 6) Сборка и герметизация. Пластина содержит от нескольких сотен до десятков тысяч отдельных транзисторов. Еѐ разрезают на отдельные структуры, называемые на данном этапе кристаллами. Кристалл напаивают накристаллодержатель, осуществляют разводку – присоединение электрических выводов к контактам базы, эмиттера и коллектора – и герметизируют, помещая в металлический корпус или заливая пластмассой. 7) Испытания приборов. Для оценки параметров и надежности приборов до их поступления в отдел технического контроля производят электрические, климатические и механические испытания. Рассмотренная последовательность характерна для изготовления планарно- эпитаксиального транзистора. 5. Технологія отримання пластин/підкладок із напівпровідникових матеріалів. Планарна технологія — сукупність технологічних операцій при виготовленні планарних (плоских, поверхневих) напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Принципи технології Схему формують на підкладці (зазвичай з кремнію), отриманій шляхом різання алмазними дисками монокристалів кремнію на тонкі пластини. Хімічний склад підкладок, кристалічна структура (аж до міжатомної відстані в підкладках для сучасних процесорів) і кристалографічна орієнтація ретельно контролюються. В ході технологічного процесу в приповерхневому шарі напівпровідникового матеріалу, який є підкладкою або нанесеного на підкладку, утворюють області з різним типом провідності (або різної концентрації), дозуючи концентрацію донорних і акцепторних домішок. Області захищають шаром діелектрика, залишаючи вікна контактів. Поверх шару напівпровідникового матеріалу наносять шар алюмінію (чи іншого провідника), забезпечуючи внутрішні і зовнішні контакти і необхідні з'єднання по схемі. Шари провідника, напівпровідника і діелектрика в сукупності утворюють структуру напівпровідникового приладу чи інтегральної мікросхеми. Особливістю планарної технології є те, що після завершення кожної технологічної операції, відновлюється плоска (планарна) форма поверхні пластини, що дозволяє створювати достатньо складну структуру, використовуючи обмежений набір технологічних операцій. Планарна технологія забезпечує можливість одночасного виготовлення в єдиному технологічному процесі (інтеграцію) великої кількості дискретних напівпровідникових приладів чи інтегральних мікросхем на одній підкладці, що дозволяє суттєво знизити їх вартість. Також у випадку виготовлення на одній пластині ідентичних приладів параметри всіх приладів виявляються близькими. Обмеженою є тільки площа підкладки, тому діаметр підкладки намагаються збільшити. Для контролю якості виконання проміжних операцій на підкладці, зазвичай, виділяють декілька малих областей (в центрі і на периферії), на яких в ході штатного технологічного процесу формуються тестові провідникові доріжки іелементарні пристрої (конденсатори, діоди, транзистори і т.і.). Для суміщення зображень при фотолітографії також в спеціально виділеній області формуються знаки суміщення, на кшталт того, що можна зустріти на кольоровій друкованій продукції. Основні технологічні операції в планарній технології базуються на процесі літографії (фотолітографії). Використовують наступні методи: • оптична фотолітографія (стандартна), λ=310-450нм; • ультрафіолетова фотолітографія на ексимерних (эксимерный) лазерах, λ=248, λ=193 нм • фотолітографія в глибокому ультрафіолеті, λ=100-10нм; • рентгенівська фотолітографія, λ=0.1-10нм • електронна літографія • іонна літографія Методи фотолітографії можуть бути скануючими і проекційними; контактними, безконтактними, і на мікрозазорі. Також може бути обмежено застосований метод радіаційно-стимульованої дифузії. Основні операції можуть повторюватися від 7 до декількох десятків разів: • підготовка підкладки - механічна і хімічна поліровка для отримання площини без механічних дефектів; • формування на поверхні підкладки шару необхідного матеріалу з заданою структурою: епітаксиальне нарощування, осадження діелектричних чи металічних плівок; • утворення на поверхні підкладки захисного шару: для кремнієвих підкладок для цього використовується окислення поверхні; • нанесення шару фоторезисту, стійкого до травлячої речовини; • суміщення зображень по знакам суміщення і експонування малюнку вікон на шар фоторезисту (виконується на степперах); • стравлення виключно засвічених (або незасвічених - залежить від типу фоторезиста) ділянок шару фоторезиста; • стравлення захисного шару з підкладки на ділянках, не закритих фоторезистом; • видалення залишків шару фоторезиста; • можлива операція: легування домішками (дифузія або іонної імплантація); • можлива операція: плазмове або хімічне травлення поверхні підкладки для видалення залишків шару раніше осадженого матеріалу; • плазмове або хімічне травлення поверхні підкладки для видалення захисного шару (виконується не в кожному циклі); • планаризація (зглажування нерівностей) поверхні перед переходом до нового циклу. Основні цикли, що виконуються при створенні напівпровідникових приладів, наступні: формування областей р-типу (локальне внесення домішок) формування областей n-типу (локальне внесення домішок) формуванняпровідних доріжок і контактних майданчиків (видалення надлишків шару металу) 6. Основні принципи планарної технології. Фотолітографія. Планарная технология — совокупность технологических операций, используемая при изготовлении планарных (плоских, поверхностных) полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Схему формують на підкладці (зазвичай з кремнію), отриманій шляхом різання алмазними дисками монокристалів кремнію на тонкі пластини. Хімічний склад підкладок, кристалічна структура (аж до міжатомної відстані в підкладках для сучасних процесорів) і кристалографічна орієнтація ретельно контролюються. В ході технологічного процесу в приповерхневому шарі напівпровідникового матеріалу, який є підкладкою або нанесеного на підкладку, утворююють області з різним типом провідності (або різної концентрації), дозуючи концентрацію донорних і акцепторних домішок. Області захищають шаром діелектрика, залишаючи вікна контактів. Поверх шару напівпровідникового матеріалу наносять шар алюмінію (чи іншого провідника), забезпечуючи внутрішні і зовнішні контакти і необхідні з'єднання по схемі. Шари провідника, напівпровідника і діелектрика в сукупності утворююють структуру напівпровідникового приладу чи інтегральної мікросхеми. Особливістю планарної технології є те, що після завершення кожної технологічної операції, відновлюється плоска (планарна) форма поверхні пластини, що дозволяє створювати достатньо складну структуру, використовуючи обмежений набір технологічних операцій. Планарна технологія забезпечує можливість одночасного виготовлення в єдиному технологічному процесі (інтеграцію) великої кількості дискретних напівпровідникових приладів чи інтегральних мікросхем на одній підкладці, що дозволяє суттєво знизити їх вартість. Також у випадку виготовлення на одній пластині ідентичних приладів параметри всіх приладів виявляються близькими. Обмеженою є тільки площа підкладки, тому діаметр підкладки намагаються збільшити. Для контролю якості виконання проміжних операцій на підкладці, зазвичай, виділяють декілька малих областей (в центрі і на периферії), на яких в ході штатного технологічного процесу формуються тестові площинки до тестових приладів (конденсатори, діоди, транзистори і т.і.). Для суміщення зображень при фотолітографії також в спеціально виділеній області формуються знаки суміщення, на кшталт того, що можно зустріти на кольоровій друкованій продукції. Литография в микроэлектронике – это совокупность фотохимических процессов, создающая на поверхности материала защитный слой требуемой конфигурации и стойкости к агрессивным воздействиям и последующей операции селективного травления или осаждения, использующих этот защитный рельеф. В большинстве случаев литография проводится по какому-либо техно-логическому слою, нанесенному на поверхность полупроводниковой пластины. В качестве такого слоя может использоваться пленка SiO2 или Si3N4 , пленка металла, поликремния и др. Проводя литографию по слою диэлектрика (SiO2, Si3N4) формируют конфигурацию маски для локального внедрения легирующей примеси, подзатворного диэлектрика в МДП транзисторах, литография по металлу позволяет формировать топологию токоведущих дорожек, контактных площадок, тонкопленочных резисторов и других элементов ИМС. Оптическая литография или фотолитография обычно использует излучение с длиной волны λ = 0,36-0,45 мкм. Если поделить пополам это значение, получим теоретически возможное разрешение рисунка микросхемы. На практике оно будет несколько хуже (1-2 мкм). Такой уровень разрешающей способности достаточен для получения большей части современных печатных плат (носителей микросхем), но уже недостаточен для большинства современных интегральных микросхем. Маленький шажок вперед позволило сделать использование глубокого ультрафиолетового излучения (λ = 0,2- 0,3 мкм). Появилась возможность воспроизводить элементы с размерами 0,5 - 0,8 мкм и менее. Оптическая литография (фотолитография), стандартная или в глубокой ультрафиолетовой области, в соответствии со способом экспонирования может быть контактной или бесконтактной (на микрозазоре и проекционная). Процессы литографии можно разделить на три этапа, каждый из которых включает ряд последовательно выполняемых операций |