Классификация иэот по конструктивно-технологическим признакам



жүктеу 2.86 Mb.
бет1/16
Дата16.09.2018
өлшемі2.86 Mb.
түріРабочая программа
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16




БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине

“ТЕХНОЛОГИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ”

для студентов специальности Т 08.03.00

«Электронно-оптические системы и технологии»

Факультет - компьютерного проектирования

Кафедра - ЭТТ

Курс - 4


Семестр - 8

Лекций - 64 час.

Лабораторные занятия - 32 час.

Практические занятия - 16 час.

Экзамен

Всего: 96 часов



Минск 2007

СОДЕРЖАНИЕ



Рабочая программа……………………………………………………………………………………………………….…….3

Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакам……………………………………………….….14

2. Пленочные элементы…………………………………………………………………………………………………..……16

2.1 Резисторы……………………………………………...…………………………………………………………..16

2.2 Конденсаторы…………………………………………………………...……………………………………..….19

2.3 Индуктивности……………………………………………………………………...…………………………….22

3 Резисторы и конденсаторы в «полупроводниковом» исполнении………………………………………………….24

3.1 Конденсаторы………………………………………………………………………..……………………………24

3.2 Резисторы……….…………………………………………………………………….…………………………..26

4. Конструкционная основа для ИС…………………………………………………………………………………………..32

5. Базовые технологические процессы изготовления ИС…………………………………………………………………...34

5.2. Типы и конструкции испарителей........................................................................................................................37

5.3. Лазерное, электронно-лучевое, «взрывное» испарение…………………………………………………..…...41

5.4. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ………………………………………………………………………………..….44

5.5 Высокочастотное распыление. Реактивное распыление…………………………..…………………………...45

5.6 ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ……………………………………….……………………….46

5.7 Хлоридные и силановый методы получения эпитаксиальных слоев…………………..………………..47

5.8 Легирование при эпитаксии………………………………………………………………………..………….…49

5.9. Термическое окисление Si…..………………………………………………………………………..…………52

5.10. Пиролитическое получение пленок из газовой фазы при нормальном и пониженном давлении…...…...54

5.11. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ….……………………………………………………….….…….55

6. Формирование легированных слоев в технологии ИЭОТ….…………………………………………………..…..…….56

6.1. Распределение примесей при диффузии и неограниченного и ограниченного источников…………..……56

6.2 Локальная диффузия………………………………………………………………………………………….....57

6.3 Многостадийная диффузия…..…………………………………………………………………………………..58

6.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ…..……………………..……………..60

7. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИЭОТ…..…………………………………………62

7.1 Масочные методы. Метод свободных масок. Классификация масок и методы получения……………..….62

7.2 Контактная фотолитография …………………………………………………………………………………....65

7.3.Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесение………..……………………………………67

7.4 Проекционная ФЛГ …….…………………………………………………….……………………………….…79

7.5 Электрополитография ………………………………………………………….………………………………..84

7.6 Рентгенолитиграфия……………………………………………………………..……………………………….88

7.7 Ионнолитография………………………………………………………………….……………………………..90

8 Сборочные процессы в технологии ИЭОТ…………………………………………………………………………………91

8.1 Методы разделения пластин и подложек…..……………………………………………..…………………….91

8.2 Методы установки кристаллов и плат в корпуса…..……………………………………….………………….96

8.2.1 Монтаж с использованием эвтектических сплавов….……………………………………………...96

8.2.2 Монтаж с использованием клеев и компаундов…………………………………………………….97

8.3 Виды выводов……………………………………………………………………………………….…………....98

8.4 Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сварки…….……………………………..……….100

8.5 Методы и материалы для герметизации кристаллов и плат……..…………………………………..……….104

9 Толстопленочная технология………………………………………………………………………………………………106

9.1 Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Технология нанесения и вжигания паст…………………………………………………………………………………………………..106

9.2 Методы формирования рисунка. Трафаретная печать………………….…………………………………….107

10. Технология очистки………………………………………………………………………………………………………109

11 Oсновные методы производства волоконных световодов……………………………………………………………...114

11.1 Одномодовые световоды. Многомодовые световоды с и ступенчатым профилем…...…………………..114

11.2 Модифицированный процесс EVD (MCVD)… ……………………………………………………………..115

11.3 Принципы и особенности построения ВОПС (волоконно-оптической системы передач)… ……………118

1 Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакам -2 часа.

Гибридные ИС (ГИС), пленочные ИС (ПлИС), полупроводниковые ИС (ПИС), совмещенные ИС (СИС), многокристальные ИС и микросборки. Определение, структура. Базовый процесс изготовления планарно-эпитаксиального n-р-n транзистора со скрытым слоем.

В соответствии с принятой терминологией интегральной микро­схемой называется микроэлектронное изделие, выполняющее опре­деленную функцию преобразования и обработки сигнала и имею­щее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поста­вке и эксплуатации рассматривается как единое целое. Приведен­ное определение подразумевает, что интегральная микросхема состоит из электрорадиоэлементов, к которым относятся транзисто­ры, диоды, резисторы, конденсаторы и другие устройства. Часть интегральной микросхемы, которая реализует функцию какого-либо электрорадиоэлемента, выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие, называется элементом. Та часть микросхемы, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации, называется ком­понентом. В то же время следует иметь в виду, что в последние годы интенсивно развивается новое направление — функциональ­ная микроэлектроника, некоторые устройства которой не могут быть разделены на электрорадиоэлементы. Поэтому функциональ­ную микроэлектронику иногда называют несхемотехнической.

По конструктивно-технологическому исполнению интегральные микросхемы подразделяются на три большие группы: полупровод­никовые, гибридные и прочие (Рисунок В. 1). В группу прочих входят, пленочные, вакуумные, керамические и другие микросхемы.



Полупроводниковой называется микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на по­верхности полупроводника. Если все элементы и межэлементные соединения микросхемы выполнены в виде пленок, то она называ­ется пленочной. Гибридная микросхема содержит, кроме пленочных элементов, также компоненты. В зависимости от толщины пленок и способа их получения пленочные и гибридные микросхемы подраз­деляются на тонко- и толстопленочные.

Тонкопленочная ИМС — интегральная микросхема с толщиной пленок до 1 мкм, элементы которой изготовляются преимуществен­но методами вакуумного распыления и осаждения.

Толстопленочная ИМС — интегральная микросхема с толщиной пленок 10—70 мкм, элементы которой изготовляются методами тра­фаретной печати (сеткография).

Применяются также совмещенные микросхемы. Основу совме­щенной микросхемы представляет полупроводниковый кристалл со сформированными в нем транзисторами и диодами, а пассивные элементы полностью или частично выполнены в виде напыленных на поверхность кристалла тонких пленок.

Интегральные микросхемы подразделяют па цифровые и ана­логовые. Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, то она называется цифровой. К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изме­няющихся по закону непрерывной функции, в частности линейные микросхемы.

Рисунок 1.1. Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическим признакам.


Чрезвычайно важными характеристиками микросхем являются степень интеграции и плотность упаковки.

Степень интеграции представляет показатель сложности микро­схемы и характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Если обозначить число элементов и компонентов че­рез N, то степень интеграции К можно определить по формуле К= = lq/V, где К округляется до ближайшего большего целого числа.

Так, микросхема, содержащая до 10 (включительно) элементов и компонентов, обладает первой степенью интеграции; содержащая свыше 10 до 100 элементов и компонентов — второй степенью инте­грации и т. д.

Кроме того, в зависимости от количества элементов и (или) компонентов конструктивно-технологического исполнения (металл— диэлектрик — полупроводник (МДП) или биполярные), а также функционального назначения (цифровые или аналоговые) разли­чают микросхемы малого (МИС), среднего (СИС), большого (БИС) и сверхбольшого (СБИС) уровня интеграции (Таблица В. 1).

В последние годы появились сверхскоростные интегральные микросхемы (ССИС). Критериями быстродействия таких микро­схем являются: время задержки распространения сигнала для цифровых ИМС не более 2,5 нс/вентиль, нижняя граница диапазона рабочих частот для аналоговых ИМС свыше 300 МГц.

Таблица 1


Уровень интеграции



Количество элементов и (или) компонентов, шт.




Цифровые ИМС

Аналоговые ИМС





МДП

Биполярные




МИС

До 100

До 100

До 30

СИС

Свыше 100 до 1000

Свыше 100 до 500

Свыше 30 до 100

БИС

Свыше 1000 до 10000

Свыше 500 до 2000

Свыше 100 до 300

СБИС

Свыше 10000

Свыше 2000

Свыше 300

Плотностью упаковки называется отношение числа элементов и компонентов микросхемы к ее объему. Микросхемы, предназначен­ные для использования в конкретной аппаратуре и изготовляемые непосредственно на предприятии, производящем данную аппара­туру, называются микросхемами частного применения.

В ряде случаев разработчики конкретной радиоэлектронной аппаратуры для улучшения показателей ее миниатюризации изготавливают так называемые микросборки (МСБ), в состав которых входят элементы, компоненты и (или) интегральные микросхемы (в корпусах или без них), а также другие электрорадиоэлементы в различных сочетаниях. Устройство, состоящее из микросборок, интегральных микросхем и компонентов, представляет собой мик­роблок.

Наибольшими степенью интеграции и плотностью упаковки обладают полупроводниковые интегральные микросхемы, затем в порядке уменьшения этих показателей следуют тонкопленочные и толстопленочные (в том числе гибридные) микросхемы и микро-сборки.

С точки зрения унификации процессов производства целесооб­разно применять в определенной аппаратуре микросхемы единого конструктивно-технологического исполнения (полупроводниковые или гибридные).

Совокупность типов интегральных микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единое конструктивно-технологиче­ское исполнение и предназначенных для совместного использования в РЭА и ЭВА, образует серию микросхем.

Наиболее современным результатом поступательного развития и взаимного обогащения микроэлектроники и вычислительной тех­ники является разработка и широкое применение микропроцессор­ных БИС и СБИС. Микропроцессор (МП) представляет собой программно-управляемое устройство, осуществляющее обработку цифровой (иногда аналоговой) информации и построенное на осно­ве одной или нескольких БИС или СБИС. С появлением микро­процессоров в производстве РЭА и ЭВА усилился процесс «верти­кальной интеграции», когда законченное электронное устройство изготавливается в виде одной или нескольких БИС или СБИС, причем и БИС (СБИС), и устройство в целом разрабатываются и производятся на одном предприятии.

Другим наиболее современным направленном развития инте­гральных микросхем является производство и применение матрич­ных БИС (СБИС) па основе базовых кристалле»!, т. е. кристаллов с большим количеством регулярно расположенных элементов, соединяемых между собой различным образом в зависимости' от функционального назначения изготавливаемой БИС (СБИС).

Решение задач комплексной' миниатюризации РЭА и ЭВА, усложнение конструкций электронных устройств и углубление спе­циализации выполняемых ими функций ведут к необходимости бо­лее тесного взаимодействия специалистов в областях схемотехники, системотехники, конструирования и технологии. Другими сло­вами, становится еще более необходимой интеграция знаний и про­фессий специалистов.

2. Пленочные элементыТонкопленочные резисторы (R). Виды, форма. Методы расчета. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Способы корректировки номиналов.

Тонкопленочные конденсаторы (С). Методы расчета. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Методы подгонки. Тонкопленочные индуктивности (L). Методы расчета. Топология. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Токопроводящие системы ИС (ТС). Межсоединения, контактные площадки, контакты. Ме - п/п. Классификация. Требования к материалам. Многослойные систем металлизации. Особенности многоуровневой системы металлизации ИС.


2.1 Резисторы
Материалы, применяемые для изготовления тонкопленочных резис­торов, должны обеспечивать возможность получения широкого диапа­зона стабильных сопротивлений, обладающих низкой температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и высокой коррозионной стой­костью. Тонкопленочные резисторы можно изготавливать из метал­лов, сплавов, полупроводников и смесей металлов и неметаллов (керметов).

С конструктивной точки зрения применяются резисторы различной конфигурации, которые завершаются контактными переходили, образо­ванными резистивной полоской и контактной площадкой (Рисунок 2.1.1).

Наиболее оптимальна форма резистора, изображенного на рисунке 2.1.1 а. Однако, если расчетная длина резистора оказывается чрезмерно боль­шей и резистор не может быть размещен на подложке в одну линию, его выполняют в виде изогнутых полосок - меандр (Рисунок 2.1.1 б,в). При масочном метода изготовления резисторов отношение длины по­лоски l к ширине b не должно превышать 10 (Рисунок 2.1.1 ,а, 2.1.1,в). Дня резисторов формы меандр (рис 2.1.1 б ) отношение амплитуды меандра к расстоянию между полосками a также не должно превышать


Рис 2.1.1. Тонкопленочные резисторы различных конструкций:

а) - линейчатый; б) - меандрический; в) - меандрический с проводящими элементами, I - резистивная пленка; 2 - контактная площадка



Рисунок 2.1.2,. График для выбора удельного поверхностного сопротивления. 1 - ра = 10 Ом/с; 2 - ра = 100 Ом/с; 3 - ра = 1000 Ом/с; 4 - ра = 10000 Ом/с;
При фотолитографическом методе эти соотношения критичны и зависят от площади, отведенной для резистора.

Конструктивный расчет резисторов линейчатого типа сводится к определению размеров его длины l и ширины b . Здесь важно соблюдать условие, чтобы при заданной величине сопротивления резистор обеспечил рассеяние заданной мощности Ра . Основным параметром

пленочного резистора является коэффициент формы Кф.

(2.1.1)

где l - длина резистора; b - его ширина; R - сопротивление; Ра - Удельное поверхностное сопротивление, Ом/см. Удельное поверхностное сопротивление ра представляет собой сопротивление квадрата пленки любого размера и численно равно отношению удельно­го сопротивления пленочного слоя к его толщине, что наглядно сле­дует из соотношения при l = b, где d толщина пленки.

Удельная мощность, которую может рассеять единица площади резистора

(2.1.2)

Тогда расчетная ширина резистора bp определяется из условия до­пустимой рассеиваемой удельной мощности Pо как



(2.1.3)
Расчетная ширина резистора должна быть не меньше той, которая может быть выполнена при современном состоянии технологии. За ши­рину резистора принимают ближайшее к расчетное большее целое зна­чение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологий. После окончательного выбора b определяется длина ре­зистора l , если Kф>I
(2.1.4)

если Kф

(2.1.5)

В настоящее время при масочном методе обычные предельные размеры резистора составляют: b ~ 0,2 мм и l ~ 0,3 мм. Предельные размеры при фотолитографическом методе l = b = 0,1 мм.

Выбор удельного поверхностного сопротивления Рa может быть сделан по графику Рисунок 2.1.2, а затем, исходя из ра , может быть вы­бран материал резистивной пленки.

в тех случаях, когда Kф>10, целесообразно конструирование резисторов сложной формы. Полагая (из Рисунок 2.1.1,6), что длина ре­зистора равна длине его средней линий (это допущение дает не­сколько завышенное сопротивление), имеем



(2.1.6)
Из Рисунка 2.1.1, б следует:
(2.1.7)

где n - число Z - образных элементов


L=n(a+b) (2.1.8)
(2.1.9)
Площадь, занимаемая резистором вместе с изолирующей зоной, минимальна, если резистор имеет квадратную форму, т.е. L = В , тогда, приравнивая выражения (1.8) и (1.9) и решая полученные соотношения относительно n, получим
(2.1.10)
Обозначим = m , тогда

(2.1.11)
Величинами и по сравнению с отношением можно пренебречь, тогда

(2.1.12)
Обычно n в формуле (1.12) бывает число с дробны остатком. Округляя до ближайшего большего целого, определяем размеры резис­тора L' и В' по формулам (1.8) и (1.9).

В заключение необходимо проверить условие обеспечения жесткос­ти маски:


(2.1.13)
Для фотолитографического метода это условие некритично.


2.2 Конденсаторы
Характеристики тонкопленочных конденсаторов зависят как от ма­териала диэлектрического слоя, так и от материала обкладок. Мате­риал обкладок конденсатора должен удовлетворять следующим требо­ваниям: иметь низкое электрическое сопротивление (для ВЧ конден­саторов); ТКЛР, равный или близкий к ТКЛР подложки и диэлектри­ческого слоя; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к ра­нее напыленным пленкам; обладать высокой антикоррозионной стой­костью в условиях агрессивной среды.

Для изготовления обкладок конденсаторов чаще всего применяют­ся следующие материалы: алюминий А-99 ГОСТ 11069-74, тантал ТВЧ ТУ 95.311-75; титан BTI-0 ТУ I-5-III-73. Алюминий по сравнению с другими металлами (например, никелем, хромом, золотом) обеспе­чивает значительно меньшее число коротких замыканий между обклад­ками через диэлектрик. Это объясняется низкой температурой испа­рения алюминия и пониженной подвижностью его атомов на поверх­ности подложки из-за тенденции к окислению.

Материалы, применяемые для изготовления диэлектрических слоев, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь высокое значе­ние диэлектрической проницаемости; минимальный температурный ко­эффициент емкости (ТКИ); минимальные потери энергии на высокой частоте ( tg ); обладать высокой влагоустойчивостыо и теплостой­костью; обеспечивать получение плотных и однородных пленок; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к материалам обкладок; об­ладать высокой электрической прочностью.

Наиболее часто применяют моноокись кремния SiО , трехсернистую сурьму Sb2S3 моноокись германия GеО . Можно также использовать сульфид цинка ZnS , фтористый магний MgF2, и некоторые редкоземельные окислы и фтористые соединения. Возможно применение ферроэлектрических пленок, например, титаната бария. ВаТiO3 и смеси титаната бария с титанатом стронция ВаТiO3 + SrTiO3. Для получения конденсаторов большой емкости используют анодированные пленки тантала Та2O5 , а также анодированный алю­миний Al2O3.

В тонкопленочных микросхемах различают преимущественно три варианта конструкции конденсаторов: конденсаторы с трехслойной структурой (две проводящие обкладки, разделенные диэлектриком); многослойные конденсаторы, отличающиеся от предыдущего варианта повторяющимся нанесением проводящих и диэлектрических пленок; гребенчатые конденсаторы, у которых емкость образуется за счет краевого эффекта. Многослойные конденсаторы выполняются для рас­четной площади > 1-2 мм2. Разновидности конденсаторов приведены на рисунке 1.3.

Если расчетная площадь конденсатора S*- I мм , его можно вы­полнять либо в виде последовательно соединенных конденсаторов (Рисунок 1.3,б), либо в виде двух пленочных обкладок и подложкой в качестве диэлектрика (Рисунок 1.3,г). Такая конструкция позволяет получить емкость порядка нескольких пикофарад на I см площади. Для получения еще меньшей емкости (доли пикофарады) можно выпол­нить гребенчатые конденсаторы (рисЛ.З.д) или конденсаторы в ви­де дзух параллельных полосок (Рисунок1.3,е). Емкость гребенчатого конденсатора определяется по формуле:


C=рl (2.2.1)
где - коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке 1.46; l - длина общей границы двух гребенок; р - резуль­тирующая проницаемость подложки и среды (воздух или заливка)
(2.2.2)
где - проницаемость подложки; - проницаемость среды.

Конструктивный расчет тонкопленочного конденсатора сводится к определению его геометрических размеров S и d и удельной емкости Со.

Исходными для расчета являются: номинальная емкость С (пФ), относительное отклонение номинального значения емкости рабочее напряжение Up (В), рабочая частота f (МГц).

Расчет конденсаторов с площадью перекрытия обкладок 5 мм2 и более (Рисунок 1.3,а) ведут в следующем порядке. Вначале определяют толщину диэлектрика


(2.2.2)
где Епр- пробивное напряжение для выбранного материала диэлект­рика (В/см); Кз- коэффициент запаса (Кз = 2-4).

Затем вычисляют максимально допустимую относительную погреш­ность воспроизведения площади конденсатора


(2.2.3)
где - погрешность воспроизведения удельной емкости (состав­ляет 5-10$); - температурная погрешность емкости:

αс - температурный коэффициент емкости (ТKЕ) материала диэлект­рика (I°/C); T - максимальная рабочая температура конденсатора (I/°С); - погрешность емкости, обусловленная старением тонко­пленочных конденсаторов (не превышает 2-3%).

Впоследствии оценивают удельную емкость материала диэлектрика по формулам
(2.2.4)
(2.2.5)
где - абсолютная погрешность воспроизведения размеров кон­денсатора (для масочного метода = +0,001 см); =A1/B1 - коэффициент формы конденсатора.

Окончательное значение удельной емкости Сд выбирается из условия



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет