Обсудить учебное пособие "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем"
Курносов А. И., Юдин В. В.
Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем
Учебное пособие для вузов
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые приборы»
МОСКВА
ВЫСШАЯ ШКОЛА
1986
Рецензент — кафедра микроэлектроники Московского инженерно-физического института (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Шальнов А. В.)
В книге рассмотрены основные технологические процессы производства полупроводниковых приборов н интегральных микросхем. В 3-е издание (2-е — в 1979 г.) введены новые разделы, посвященные технологическим процессам радиационной обработки материалов н приборов, новейшим конструкциям корпусов интегральных микросхем, а также полупроводниковым материалам.
Курносое А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: Учебное пособие для вузов по специальности «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые приборы». — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш шк., 1986.— 368 с.
© Издательство «Высшая школа», 1974
© Издательство «Высшая школа», 1986, с изменениями
Содержание учебного пособия
Предисловие
Введение
Глава 1. Технология полупроводникового производства
§ 1.1. Технологический маршрут
§ 1.2. Особенности и перспективы технологии
Глава 2. Полупроводниковые материалы
§ 2.1. Требования к полупроводниковым материалам
§ 2.2. Классификация полупроводниковых материалов
§ 2.3. Общая характеристика кристаллических тел
§ 2.4. Германий
§ 2.5. Кремний
$ 2.6. Арсенид галлия
$ 2.7. Фосфид галлия
§ 2.8. Арсенид индия
§ 2.9. Антимонид индия
§ 2.10. Антимонид галлия
§ 2.11. Структуры на основе материалов иитерметаллических соединений
Глава 3. Механическая обработка полупроводниковых материалов
§ 3.1. Физические основы механизма разрушения хрупких полупроводниковых материалов при механической обработке
§ 3.2. Абразивные материалы
§ 3.3. Резка полупроводниковых слитков на пластины
§ 3.4. Резка полупроводниковых пластин на элементы (кристаллы)
§ 3.5. Разламывание пластин после скрайбирования
§ 3.6. Шлифовка полупроводниковых пластин
§ 3.7. Полировка полупроводниковых пластин
§ 3 8. Контроль качества механической обработки
Глава 4. Технохимические процессы подготовки подложек ИМС
§ 4.1. Цели технохимических процессов подготовки подложек
§ 4.2. Виды загрязнений полупроводниковых подложек
§ 4.3. Отмывка полупроводниковых подложек
§ 4.4. Химическая обработка полупроводниковых подложек
§ 4.5. Химико-динамическая обработка полупроводниковых подложек
§ 4.6. Электрохимическая обработка полупроводниковых подложек
$ 4.7. Парогазовая обработка кремниевых подложек
§ 4.8. Ионно-плазменная обработка подложек
§ 4.9. Плазмохимическая обработка подложек
§ 4.10. Осаждение гальванических покрытий
§ 4.11. Получение особо чистой воды
Глава 5. Получение структур методом сплавления
§ 5.1. Диаграмма состояния
§ 5.2. Физико-металлургические основы образования сплавного р-я-перехода
§ 5.3. Контроль качества сплавных структур
Глава 6. Получение структур методом эпитаксиальиого наращивания
§ 6.1. Основные методы эпитаксиальиого осаждения
§ 6.2. Технологические особенности эпитаксии Si и Ge
§ 6.3. Технологические особенности эпитаксии полупроводниковых соединений
§ 6.4. Дефекты в эпитаксиальиых структурах
§ 6.5. Методы контроля эпитаксиальных слоев
Глава 7. Защитные диэлектрические пленки в пленарной технологии
§ 7.1. Требования, предъявляемые к защитным диэлектрическим пленкам
§ 7.2. Кинетика термического окисления кремния
§ 7.3. Термическое окисление кремния в парах воды
§ 7.4. Термическое окисление кремния в сухом кислороде
§ 7.5. Термическое окисление кремния во влажном кислороде
§ 7.6. Пиролитическое осаждение оксидных пленок кремния
§ 7.7. Анодное окисление кремния
§ 7.8. Осаждение пленок оксида кремния термическим испарением
§ 7.9. Реактивное катодное распыление оксида кремния
§ 7.10. Химическое осаждение пленок нитрида кремния
§ 7.11. Реактивное катодное осаждение пленок нитрида кремния
§ 7.12. Контроль качества защитных диэлектрических пленок диоксида и нитрида кремния
Глава 8. Фотолитография
§ 8.1. Фотолитография - основа планарной технологии
§ 8.2. Фоторезисты
§ 8.3. Критерии применимости фоторезистов
§ 8.4. Фотошаблоны и способы их получения
§ 8.5. Промышленное изготовление фотошаблонов
§ 8.6. Контактная фотолитография
§ 8.7. Проекционная ептическая фотолитография
§ 8.8. Рентгенолитография
§ 8.9. Дефекты фотолитографического процесса
Глава 9. Получение структур методом диффузии
§ 9.1. Распределение примеси при диффузии
§ 9.2. Технологические приемы получения диффузионных структур
§ 9.3. Методы расчетов диффузионных структур
§ 9.4. Определение режимов диффузии
§ 9.5. Диффузионные процессы при изготовлении ИМС
§ 9.6. Дефекты и методы контроля диффузионных структур
Глава 10. Получение структур методом ионной имплантации
§ 10.1. Физические представления об имплантации
§ 10.2. Технологические особенности процессов ионной имплантации
§ 10.3. Отжиг и диффузия
§ 10.4. Методы расчетов ионно-имплантированиых структур
§ 10.5. Определение режимов имплантации
§ 10.6. Использование процессов ионной имплантации в полупроводниковой технологии
§ 10.7. Методы контроля ионно-имплантированных структур
Глава 11. Получение структур методами термического испарения и ионно-плазменного распыления
§ 11.1. Технологические особенности термического испарения материалов
§ 11.2. Катодное распыление материалов
§ 11.3. Технологические особенности ионно-плазменного распыления
§ 11.4. Изготовление межэлементных соединений и контактов
§ 11.5. Пассивные элементы интегральных микросхем
§ 11.6. Методы контроля тонких пленок
Глава 12. Процессы радиационной обработки
§ 12.1. Воздействие проникающей радиации на вещество
§ 12.2. Радиационная литография
§ 12.3. Радиационно-стимулированная диффузия
§ 12.4. Контролируемое введение радиационных нарушений с помощью ионной имплантации
§ 12.5. Лазерная технология
§ 12.6. Методы контроля радиационных нарушений
Глава 13. Защита поверхности р-я-переходов
§ 13.1. Влияние состояния поверхности р-л-перехода на электрические параметры прибора
§ 13.2. Защита веществами на основе кремнийорганических соединений и полимеров
§ 13.3. Защита оксидными и нитридными пленками кремния
§ 13.4. Защита пленками оксидов металлов
§ 13.5. Защита пленками стекла
Глава 14. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем
§ 14.1. Особенности процесса сборки
§ 14.2. Присоединение кристалла к основанию корпуса
§ 14.3. Присоединение выводов
§ 14.4. Герметизация кристалла
Глава 15. Конструкции корпусов полупроводниковых приборов и ИМС
§ 15.1. Общие сведения о корпусах
§ 15.2. Конструкции корпусов диодов общего назначения
§ 15.3. Конструкции корпусов тиристоров
§ 15.4. Конструкции корпусов диодов СВЧ-диапазона
§ 15.5. Конструкции корпусов туннельных диодов
§ 15.6. Конструкции корпусов транзисторов
§ 15.7. Конструкции корпусов источников света
§ 15.8. Конструкции корпусов интегральных микросхем
Глава 16. Особенности технологии изготовления ИМС
§ 16.1. Классификация интегральных микросхем
§ 16.2, Разработка топологии ИМС
§ 16.3. Изготовление элементов биполярных ИМС
§ 16.4. Изготовление элементов МДП ИМС
Заключение
Список литературы
Предметный указатель
Предисловие
Одним из главных путей научно-технического прогресса, как указано в Основных направлениях экономического и социального развития на 1986—1990 годы и на период до 2000 года, утвержденных XXVII съездом КПСС, является развитие радиоэлектроники и особенно микроэлектроники, позволяющей значительно повысить технический, технологический и организационный уровни производства на базе микропроцессорной техники, оптоэлектроникн и других видов полупроводниковой электроники.
Основная тенденция развития микроэлектроники состоит в переходе от изготовления полупроводниковых дискретных приборов к созданию интегральных микросхем (ИМС) со все более высоким уровнем интеграции элементов.
Постоянное совершенствование полупроводниковой технологии и соответствующее обновление типовых программ по дисциплине «Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем» для специальностей 0629, 0604, 0643 повлекло существенную переработку данной книги. В 3-м издании пособия переработаны и дополнены главы, посвященные механической, химической обработке, фотолитографии, эпитаксии, диффузии, ионной имплантации, термическому испарению и ионно-плазменно-му распылению, методам защиты, сборки и герметизации, изготовлению биполярных и МДП ИМС, введены главы о методах получения защитных пленок" в планарной технологии, о получении структур методом сплавления, процессах радиационной обработки, конструкциях корпусов приборов и микросхем, полупроводниковых материалах.
Исходя из современных требований к унификации и созданию универсальных базовых технологий, авторы стремились изложить материал в соответствии с основными общими этапами производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, в пределах каждого этапа дать систематизированный обзор технологических методов и их разновидностей и методы изготовления приборов не относить к производству каких-либо конкретных типов диодов, транзисторов и т. д.
Описание каждого технологического метода начинается с кратких сведений о физических основах данного процесса, при этом рассматриваются его особенности, используемые материалы и оборудование, режимы проведения; далее указываются дефекты, возникающие в структурах на различных операциях; в заключение приводятся методы контроля качества полученных структур и элементов ИМС. В книгу введено много примеров расчетов, встречающихся в практике технолога, таких, как определение ряда физических параметров полупроводниковых структур в зависимости от режимов проведения данного технологического процесса (прямые задачи), а также обратные задачи по выбору основных режимов проведения процессов в зависимости от физических свойств, которыми должны обладать готовые полупроводниковые структуры.
Предисловие, введение, гл. 1, 5, 6, 9—12 и 16 написаны канд. физ.-мат. наук, доц. В. В. Юдиным, гл. 2—4, 7, 8, 13—15 —канд. техн. наук, доц. А. И. Курносовым.
Авторы выражают глубокую благодарность коллективу кафедры микроэлектроники МИФИ (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. А. В. Шальнов): канд. техн. наук, доц. О. Р. Мочалкиной и канд. техн. наук Ю. А. Воронову за полезные замечания и предложения, сделанные при рецензировании рукописи.
Отзывы о книге просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».
Авторы
Введение
Физические исследования полупроводников были начаты в XIX в., однако возникновение полупроводниковой технологии обязано появлению транзистора (от англ. transresistan.ee — переходное сопротивление). Германиевый транзистор с точечными переходами был изобретен 23 декабря 1947 г. В 1950 г. методом выращивания слитка германия из расплава был изготовлен первый плоскостной транзистор с р-п-р-структурой. Тогда же начал развиваться меТбд сплавления и в 1953 г. были изготовлены германиевые сплавные транзисторы с относительно тонкой (около 5 мкм) базой, получаемой локальным струйным электролитическим травлением пластин германия.
Преобладание германия на первом этапе развития полупроводникового приборостроения было обусловлено тем, что его монокристаллы получить проще, чем монокристаллы кремния, поскольку при этом не требовались высокотемпературное оборудование и глубокая очистка. В 1954 г. появились первые кремниевые транзисторы с выращенным p-n-переходом. В последующие годы интенсивно разрабатывался метод диффузии, и в 1958 г. были изготовлены диффузионные транзисторы с мезаструктурой, названной так потому, что поперечное сечение мезаструктуры напоминает плоскогорье (от исп. mesa — плато). Метод диффузии выгодно отличался от методов сплавления и выращивания слитка тем, что позволял на порядок увеличить точность задания нужной толщины базовой области и перейти к групповому способу производства транзисторов.
Следующим шагом стало появление планарного (от англ. planar — плоский) процесса в 1959 г. Выращивание изолирующего слоя диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины и получение в нем топологического рисунка заданной конфигурации с применением процесса фотолитографии позволили добиться прецизионного контроля за размерами элементов структуры приборов. Планарная технология на многие годы обусловила прогресс в производстве полупроводниковых приборов (ПП) и интегральных микросхем (ИМС). Наряду с нею одним из важнейших в технологии стал процесс эпитаксиального наращивания слоев полупроводника требуемых толщины и электрофизических свойств на монокристаллическую подложку, разработанный в 1960 г. Эпитаксиаль-ная технология позволила создавать транзисторы с тонкой базой и низким сопротивлением коллектора, рассчитанные на высокие частоты и большие рассеиваемые мощности.
Проблема сборки электронного оборудования, содержащего десятки и сотни тысяч компонентов — диодов, транзисторов, резисторов и др., — привела к созданию новой технологии, которая позволила избавиться от соединения множества дискретных компонентов.
В 1959 г. была изготовлена первая полупроводниковая микросхема триггера на кристалле германия по мезадиффузионной технологии. В 1960 г. появились интегральные микросхемы на кремнии, изготовленные по планарной технологии.
Еще в 30-е годы был известен принцип работы полевого тран-вистора. Получение качественных монокристаллов позволило в 1958 г. изготовить полевой транзистор с управляющим р-я-перехо-дом. В 1962 г. благодаря улучшению технологии обработки кремния были изготовлены полевые транзисторы с изолированным затвором, а в 1963 г. первые ИМС на таких транзисторах. Недостаточная отработанность технологии МОП-транзисторов (металл — оксид — полупроводник)' сдерживала их широкое применение вплоть до 70-х годов. В середине 60-х годов в промышленности появился метод ионной имплантации, позволивший существенно повысить точность управления концентрацией и глубиной легирования.
В начале 70-х годов интенсивно использовался метод ионно-плазменного распыления, были разработаны процессы электронной литографии, появилась технология «сухой» обработки структур, т. е. без применения жидких травителеи и растворителей. Начался период бурного развития микросхем как на базе биполярных приборов, так и МОП-транзисторов. В это же время для контроля топологических чертежей и фотошаблонов стали применять вычислительные машины, что обеспечило высокое качество разработок и привело к созданию систем машинного проектирования микросхем. В конце 70-х годов появились автоматизированные технологические процессы и установки, управляемые микро-ЭВМ.
Скачать учебник "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем". Москва, издательство Высшая школа, 1986
Обсудить учебное пособие "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем"
|
