6. Плёнка двуокиси кремния, созданная на его поверхности, имеет коэффициенты диффузии примесей значительно меньше, чем сам кремний [5. стр. 135-144,144-156].
Для разработки интегральной микросхемы генератора напряжения будем использовать следующие элементы и их соединениями: в качестве полупроводниковой пластины будем использовать кремний. В качестве акцепторной примеси будем использовать бор; фосфор и сурьма – как донорную примесь. В качестве изолирующего диэлектрика будет применяться двуокись кремния SiO2, которая в свою очередь характеризуется следующим:
1. образует равномерное, сплошное, прочное покрытие на поверхности монокристаллического кремния; допускает строгий контроль толщины и имеет коэффициент термического расширения, примерно равный такому же коэффициенту кремния;
2. защищает кремний от диффузии;
3. является изоляционным материалом с достаточной величиной диэлектрической постоянной;
4. легко стравливается или удаляется с локальных участков;
5. обеспечивает защиту поверхности кремния.
В полупроводниковых МС межэлементные связи осуществляются с помощью плёночных проводников. Материалы проводников должны обеспечивать низкоомный контакт к кремниевым электродам, обладать хорошим сцеплением с диэлектриком и кремнием, быть металлургически совместимым с материалами, которые применяются для присоединения внешних выводов к контактным площадкам. Основными материалами при получении соединений для полупроводниковых ИМС является золото и алюминий. В некоторых случаях находят применения никель, хром, серебро. Основным недостатком золота является его плохая адгезия к плёнке двуокиси кремния. Поэтому в качестве материала для разводки и контактных площадок будем применять алюминий, который обладает хорошей адгезией к кремнию и его оксиду, хорошей электропроводностью, легко наносится на поверхность ИМС в виде тонкой плёнки, дешевле. В качестве внешних выводов будем применять золотую проволоку, поскольку алюминий характеризуется пониженной механической прочностью.
Необходимо отметить, что одним из критериев выбора материала для подложки являются определенные требования, предъявляемые к подложкам в течение всего процесса изготовления микросхемы. Электрофизические характеристики монокристаллических полупроводниковых пластин и их кристаллографическая ориентация должны обеспечивать получение микросхем с заданными свойствами. Исходя из этого, на этапе проектирования выбирают необходимую ориентацию и марку полупроводникового материала, а в процессе изготовления пластин выполняют контроль кристаллографической ориентации и основных электрофизических параметров. В случае необходимости пластины классифицируют по значениям электрофизических параметров. Основные требования к пластинам кремния представлены в таблице 2.4
Таблица 2.4 - Основные требования к пластинам кремния[9, стр. 319]
Характеристика пластин
Диаметр, мм
Допустимые значения
Точность кристаллографической ориентации рабочей поверхности
Отклонение диаметра
Отклонение толщины от номинала в партии
Отклонение толщины от номинала по пластине
Длина базового среза
Длина дополнительных срезов
Непараллельность сторон (клиновидность)
76; 100
76
100
±0,5°
±0,5 мм
±(0,5…0,8) мм
±(10…20) мкм
±(5…10) мкм
20…25 мм
30…35 мм
9…11 мм
16…20 мм
±0,5 %
Неплоскостность
Прогиб в исходном состоянии
Прогиб после термоиспытаний
Шероховатость рабочей стороны
Шероховатость нерабочей стороны
Механически нарушенный слой
Адсорбированные примеси
Атомы, ионы
Молекулы
4…9 мм
5…9 мм
15…30 мм
20…40 мм
50 мкм
60 мкм
Rx ≤ 0.05 мкм
Ra ≤ 0.5 мкм
Шлифовано-травленная
Полное отсутствие
Меньше 1012…1014 атом/см2; ион/см2
Менее одного монослоя
Отметим также, что проведение различных операций, таких как резка, шлифование свободным абразивом, механическое полирование и др. сопровождается нарушением слоя кремния у поверхности подложки и вглубь ее, что приведет к неправильным результатам дальнейших процессов. Поэтому существуют некоторые стандарты нарушения поверхности пластин кремния, которые недопустимо превышать. Ниже представлена таблица, которая содержит оптимальные нарушения поверхности подложки кремния[9].
Таблица 2.5 - Глубина нарушенного слоя пластин кремния после механических обработок
Технологические операции
Условия обработки
Глубина нарушенного слоя, мкм
Резка алмазным кругом с внутренней режущей кромкой
Шлифование
Шлифование и полирование
Химико – механическое полирование
Зернистость режущей кромки АСМ 60/53; n=4000 об/мин-1; подача 1 мм/мин
Свободный абразив – суспензии порошка:
ЭБМ-10
ЭБМ-5
Связанный абразив – круг АСМ 28
Алмазная паста:
АСМ-3
АСМ-1
АСМ-0,5
Суспезия аэросила, SiO2 зерно 0,04…0,3 мкм
Суспензия ZrO2 0,1…0,2мкм
Суспензия α-Аl2O3 0.05…1мкм
Суспензия цеолита
20…30
11…15
7…9
14…16
6…9
5…6
1…2
1…1,5
-
После выбора материала подложки приступают к выбору материала примесей. Здесь важнейшим критерием является необходимый тип проводимости полупроводникового материала, после легирования. Ниже представлена таблица 2.6, в которой описаны все материалы, используемые в качестве примесей. Важными параметрами примесей является предельная растворимость полупроводника и температура, при которой производят процесс легирования (см. таблицу 2.10).
Таблица 2.6 - Электрическое поведение наиболее распространенных примесей в важнейших полупроводниках[9, стр. 318]
Полупроводник
Нейтральные примеси
Доноры
Акцепторы
Примеси, создающие глубокие уровни
Кремний
Германий
Арсенид галлия
Фосфид галлия
H, N, C, Ge, Sn, Pb, Ar
H, N, B, Al, In, P, Sb
H, N, B, Al, In, As, Sb
P, As, Sb, Li
Si, Sn, Te, S, Se
B, Al, Ga, In
Zn, Cd, Be, Li
Be, Mg, Zn, Cd, C
Cu, Au, Zn, Mn, Fe, S, Ni
Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Mn, Ni, Fe, S, Se, Te
Cr, Fe, V, Ni, Mg, Au, Ge, Mn, Ag
Cu, O, Ge, Co, Fe, Cr,Mn
Для разработки интегральной микросхемы дифференциального каскада воспользуемся следующими элементами и их соединениями: в качестве полупроводниковой пластины будем использовать кремний; в качестве акцепторной примеси будем использовать бор и алюминий; фосфор – как донорную примесь. В качестве межэлементных соединений будем использовать алюминий. В качестве изолирующего диэлектрика будет применяться двуокись кремния SiO2.
Необходимо отметить, что при проектировании интегральной микросхемы производят совокупность определенных процессов, таких как фотолитография, легирование, очистка и др. При проведении этих процессов пользуются вполне определенным набором веществ. При проведении процесса фотолитографии используются фоторезисты, основные виды которых представлены в таблице 2.9. Травление осуществляется химическими веществами, которые описаны в таблице 2.8. При выборе материала для проведения шлифования, особое внимание акцентируют на размер зерен, от которого зависит качество шлифования и возможные повреждения поверхности полупроводникового материала в результате ее проведения. Основные типы порошков приведены в таблице 2.7
Таблица 2.7 - Характеристика абразивных и алмазных порошков
[9, стр.321]
Группа
Номер зернистости
Размер зерен основной фракции, мкм
По ГОСТ 3647-71
По ГОСТ 9206-70
Абразивные шлифпорошки
Абразивные микропорошки
Абразивные тонкие микропорошки
Алмазные микропорошки
12
10
8
6
5
4
3
М63
М50
М40
М28
М20
М14
М10
М7
М5
60/40
40/28
28/20
20/14
14/10
160…125
125…100
100…80
80…63
63…50
50…40
40…28
28…20
20…14
14…10
10…7
7…5
5…3
60…40
1
10/7
7/5
5/3
3/2
2/1
1/0
3…2
2…1
1 и менее
Таблица 2.8 - Основные кислотные травители для кремния
[9, стр. 78]
Тип травителя
Обьемный состав
Применение
Время травления
СР-8
СР-4А
Травитель Уайта
Травитель Деша
HNO3:HF=2:1
HNO3:HF:
:CH2COOH=5:3:5
HNO3:HF=3:1
:CH2COOH=3:1:8
Химическое полирование
Химическое полирование и выявление границ p-n-переходов
Химическое полирование плоскостей(111)
Медленное химическое полирование любых плоскостей
1…2 мин
2…3 мин
15 с
1…16 ч
Таблица 2.9 - Характеристики некоторых фоторезистов[9, стр. 104]
Марка фоторезиста
Разрешающая способность при толщине слоя 1 мкм
Кислотостойкость по плотности дефектов, мм-2, не более
Стойкость к проявителю, с
Кинематическая вязкость в состоянии поставки
при 20°С
ФП-307
ФП-309
ФП-330
ФП-333
ФП-334
ФП-383
ФП-РН-7
ФП-617
ФП-617П
ФП-626
ФН-106
ФН-108
500
400
200
0,35
0,5
0,75
0,2
0,05
0,005
0,4
0,25
90
60
180
600
40
30
5,9
4,5
6…2,5
2…2,5
21…26
8…15
20,5…25,5
7
3,5
Таблица 2.10 - Предельная растворимость примесей в кремнии[9, стр. 189]
Примесь
Предельная растворимость, см-2
Температура, °С
Алюминий
Бор
Фосфор
Галлий
Индий
Сурьма
Мышьяк
Золото
1019…1020
5*1020
1,3*1021
4*1019
1019
6*1019
2*1021
1017
1150
1200
1250
1300
Одним из важных моментов в разработке микросхемы является ее корпус. При выборе корпуса руководствуются конструктивно - технологическими характеристиками. Огромное влияние оказывает диапазон рабочих температур, механическая прочность, климатические условия, в котором, как предполагается, будет работать микросхема и т.д. Классификация корпусов ИС помещена в таблице 2.11. Конструктивно – технологические характеристики некоторых корпусов ИС помещены в таблице 2.12 .
При выборе корпуса внимание было акцентировано на универсальность и простоту монтажа схемы.
Кроме того, пластмассовые прямоугольные корпуса обладают рядом преимуществ перед остальными типами корпусов, регламентируемых ГОСТом 17-467-79. А именно: небольшая высота корпуса, позволяющая уменьшить объем радиоэлектронного узла: возможность создания корпуса с большим числом выводов; позволяют применять различные методы их присоединения к печатной плате.
Таблица 2.11 - Классификация корпусов ИС по ГОСТ 17-467-79
[7, стр 301]
Тип
Подтип
Форма корпуса
Расположение выводов
11
Прямоугольная
Выводы расположены в пределах проекции тела корпуса
перпендикулярно, в один ряд
Перпендикулярно в два ряда
13
Перпендикулярно в три и более ряда
14
Перпендикулярно по контуру прямоугольника
2
21
За пределами проекции тела корпуса
22
Перпендикулярно в четыре ряда в шахматном порядке
31
Круглая
В пределах проекции тела корпуса
Перпендикулярно по одной окружности
32
Овальная
33
41
Параллельно по двум противоположным сторонам
42
Параллельно по четырем сторонам
51
Металлизированные контактные площадки по периметру корпуса
Таблица 2.12 - Конструктивно – технологические характеристики некоторых корпусов ИС[7, стр. 301]
Условное обозначение корпуса
Вариант исполнения
Масса, г
Размеры корпуса, мм
Размеры монтажной площадки, мм
1202.14(151.14-1)
1203.15(151.15-1)
1203.15(151.15-3)
1210.29(157.29-1)
2103.8(201.8-1)
2102.14(201.14-2)
2102.14(201.14-8)
2103.16(201.16-8)
2204.48(244.48-1)
3101.8(301.8-2)
3107.12(301.12-1)
3204.10(311.10-1)
4104.14(401.14-2)
4110.16(402.16-1)
4122.40-2
4138.42-2
МС
МК
П
К
1,6
2,0
1,8
1,2
1,55
4,15
1,3
3,
20
1,0
3,0
4,8
19,5*14,5*4,9
19,5*14,5*5
19,5*14,5*4
39*29*5
19*7,8*3,2
19*7,2*3,2
19,5*7,2*5,5
31*16,5*4
9,5; H=4.6
39*25*7
10*6.6*2
12*9.5*2.5
25.75*12.75*3
36*24*3.5
16*8
17*8.3
5.6*6.2
34*20
5*3
8*8
3*3
5*5
4.9*2
5.5*3.5
6.2*5.2
10.7*8.3
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
