Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Напыление омических контактов

ВВЕДЕНИЕ

Микроэлектроника занимает одно из самых важных мест в экономике развитых стран мира. Уровень промышленной и бытовой продукции определяется качеством технологий микроэлектроники. Во многих странах мира развитие отечественной электронной промышленности рассматривается в качестве наиболее эффективного способа подъёма всей промышленности и вхождение в мировой рынок. Развитие микроэлектроники происходит с ускорением во времени, с нарастанием сложности интегральных схем и электронных систем и имеет глобальный характер - в том смысле, что имеет влияние на все сферы деятельности человека и общества.

Электроника-это наука, изучающая явление взаимодействия электронов и других заражённых частиц с электрическими, магнитными и электромагнитными полями, что является физической основой работы электронных приборов и устройств, используемых для передачи, обработки и хранения информации.

Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различных степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ-позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, создание систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи. И многому другому способствует микроэлектроника.

Современный этап развития электроники характеризуется широким применение интегральных микросхем. Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратуре, что привело к росту числа элементов в ней. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и её элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Цели и задачи курсовой работы

Основной целью курсового проекта является углубление, расширение и закрепление знаний по дисциплине «Технология производства микроэлектронных устройств».

Выполнение курсовой работы по данной дисциплине ставит задачи:

научиться работать с технической литературой;
приобрести практические навыки разработки маршрутного описания изделия на примере изготовления МДП – структур;
научиться разрабатывать технологическую операционную карту процесса на примере технологии напыления омических контактов;
изучить технологические основы производства элементов, на базе которых создаются современные изделия электронной техники;
научиться оформлять технологическую документацию в соответствии с требованиями ГОСТ и других систем стандартизации.

1.Общая часть

1.1Обзор существующих технологических методов напыления омических контактов МДП ИС

1.1.1. Метод электронно-лучевого испарения материала осуществляется с помощью кинетической энергии движущихся электронов, необходимой для разогрева испаряемого материала. Испаряемый материал закрепляют в водоохлаждаемом тигеле. Вокруг тигеля устанавливают кольцевой катод с управляющем электродом в форме кольца охватывающего тигель. Над тигелем закрепляют полусферическую кассету, на которую, с помощью прижимов, рабочей поверхностью внутрь полусферы, закрепляют до 130 пластин. Полусфера закрепляется на определённом расстоянии от тигеля с испаряемым материалом и вращается во время процесса с помощью электродвигателя. Установка откачивается до 10^-4 Па. При подаче потенциала (5*10^-5) на электроды, электроны бомбардируют испаряемый материал, и кинетическая энергия переходит в тепловую, она достаточна для разрыва связей между молекулами испаряемого материала, и для того что бы сообщить ему энергию, необходимую для переноса паравещества к подложкам и адсорбции этого вещества на поверхности пластины. Для повышения адгезии и зернистости структуры плёнок, кассету с пластинами подогревают специальными подогревателями. Схематическое изображения метода электронно-лучевого испарении представлено на рисунке 1.1.

Достоинства:

исключение загрязнения плёнок материалом испарителя;
позволяет получить равномерные по толщине плёнки т.к. имеется планетарный механизм, обеспечивающий равноудалённое расстояние от источника;
из-за высокой степени вакуума улучшается качество плёнки.

Недостатки:

не позволяет напылять тугоплавкие материалы, сложность оборудования.

1-вакумная камера;

2-кольцевой катод;

3-карусель с подложками;

4-электродвигатель;

5- нагреватель;

6-смотровое окно;

7-испаряемый материал;

8-водоохлаждаемый тигель;

9-кольцевой управляющий электрод.

Рисунок 1.1 Метод электронно-лучевого испарения. Схематическое изображение.

1.1.2.Термовакумное напыление с резистивным разогревом испаряемого материала заключается в создании направленного потока пара вещества и последующей конденсации его на поверхностях подложек, имеющих температуру ниже температуры источника пара. Метод термовакумного напыления применяется при напылении таких материалов как: алюминий, хром, титан, вольфрам. При напылении данных материалов на подложки из ситала, керамики, стекла происходит хемосорбция, что значительно улучшает адгезию плёнок.

Процесс выполняется в вакуумных камерах с предельным давлением 1.3*10^-4 -1.3*10^-5 Па. Нагрев вещества осуществляется прямым или косвенным способами: путем пропускания электрического тока, токами индукции, электронной бомбардировкой. Схема ТВН приведена на рисунке 1.2. Стационарная и съёмная оснастка вакуумной камеры периодически очищается от наслоений предыдущего напыления. Процесс начинают с загрузки вакуумной камеры: испаряемый материал помещают в тигли, подложки устанавливают в подложкодержатели, маски – в маскодержатели. В зависимости от конструкции оборудования техника загрузки может отличаться. Затем камеру герметизируют и откачивают воздух. При закрытой заслонке производят нагрев испарителей до температуры испарения и нагрев подложек. Проводят ионную очистку подложек. Откачивают камеру до предельного вакуума. После этого открывают заслонку и ведут напыление плёнки. При получении заданной толщины плёнки напыление прекращают, перекрывая атомарный поток заслонкой. Подложки охлаждают и после этого в камеру напускают атмосферу и выгружают подложки. Основными параметрами данного процесса является: давление в вакуумной камере, температура испарителей, температура подложек, время напыления.

Достоинства:

получение пассивных элементов;
получение металлизации полупроводниковых структур;
получение плёнок диэлектриков и полупроводников;
процесс обеспечивает высокие скорости роста пленок и степень чистоты;
процесс легко автоматизируется, позволяя легко создавать сложные вакуумные установки и комплексы, управляемые ЭВМ.

Недостатки:

изменение процентного соотношения компонентов при напылении сплавов и сложных веществ;
недостаточная равномерность толщины плёнок на больших подложках;
трудность получения плёнок тугоплавких материалов;
высокая инерционность при использовании испарителей, по сравнению с катодным распылением невысокая адгезия;
длительность подготовки к процессу, сложность оборудования.

1-вакуумная камера;

2-нагнетатель подложки;

3-держатель подложки;

4-подложка;

5-заслонка;

6-частицы испаряемого вещества;

7-испаритель с навеской материала плёнки;

8-опорная плита.

Рисунок 1.2 Термовакуумное напыление. Схематическое изображение.

1.1.3. Ионно-плазменное распыление осуществляется при более низких давлениях 10^-2 Па в плазме несамостоятельного дугового разряда. Ионно-плазменное распыление применяют для изготовления плёночных пассивных элементов, получение маскирующих плёнок, осаждение полупроводниковых слоев и магнитных плёнок. Плёнки получают в трёх- или четырёхэлектродных вакуумных камерах. На рисунке 1.3 представлена одна из таких камер. Термоэмиссионный катод служит для поддержания дугового разряда. Источником частиц материала наносимой плёнки является дополнительный электрод-мишень. Подложки располагают напротив мишеней на карусели или барабане.

Воздух из камеры откачивают до придельного вакуума, включают ток накала катода, после разогрева катода между ним и анодом прикладывают напряжение, и в камеру запускают инертный газ. Между анодом и катодом зажигается дуговой разряд. При подаче на мишень или подложки небольшого отрицательного потенциала можно произвести их ионную очистку. Для нанесения плёнок на мишень подаётся отрицательный, по отношению к аноду потенциал 200 – 1000 В. Электрическое поле мишени вытягивает из плазмы положительные ионы и ускоряет их до энергий в сотни электронвольт. Начинается распыление и формирование плёнки на подложках.

Достоинства:

энергия распылённых атомов больше;
меньше загрязнение плёнок молекулами остаточного газа;
больше скорость осаждения плёнок;
лучше адгезия плёнок к подложки;
плотность плёнки больше.

Недостатки:

ограниченные возможности реактивного распыления из-за малого срока службы термокатода в присутствии инертных газов;
катод является дополнительным источником загрязнения;
сложность оборудования;

1-вакуумная камера;

2-нагнетатель;

3-подложка;

4-анод;

5-катод;

6-мишень;

7-игольчатый нагнетатель.

Рисунок 1.3 Ионно-плазменное распыление. Схематическое изображение.

1.1.4. Метод катодного распыления, расширят возможности получения плёнок с заданными свойствами. Нанесение плёнок катодным методом выполняется в вакуумной камере диодного типа, представленной на рисунке 1.4 , в плазме тлеющего разряда аргона. Подложки располагаются на аноде, а катод является источником для образования плёнки. В камеру вакуумной установки загружаются подложки и производят откачку до 1*10^-3 …1*10^-4 Па, затем напускают аргон до давления 1,3 …13 Па. Далее процесс ведут при непрерывной откачке и поступлении через натекатель аргона, что обеспечивает заданное давление газа. При подаче на катод (мишень) отрицательного потенциала 1,5 …4 кВ относительно заземлённого анода в камере зажигается тлеющий разряд. Ионы аргона, попавшие в область катодного пространства, бомбардируют катод – начинается его распыление. Распыление сначала ведут на заслонку, а после очистку поверхности катода заслонку открывают – поток частиц осаждаются на поверхность подложки. Процесс прекращают отключением напряжения катод-анод. После охлаждения подложки выгружают.

Достоинства:

низкие температуры подложек в процессе нанесения плёнок;
большая, чем при термовакуумном напылении, равномерность напыления по площади подложек;
безинерционность;
отсутствие необходимости частой смены источника частиц растущей плёнки;
высокая адгезия.

Недостатки:

сравнительна невысокие скорости осаждения;
загрязнение плёнок молекулами остаточных газов и более сложное управление технологическим процессом по сравнению с термовакуумным напыление.

1-изолятор;

2-вакуумная камера;

3-экран;

4-катод-мишень;

5-ион аргона, бомбардирующий катод;

6-частицы распылённого катода;

7- подложка;

8-анод;

9-темное катодное пространство тлеющего разряда.

Рисунок 1.4 Метод катодного распыления. Схематическое изображение.

1.1.5. Метод лазерного испарения происходит в вакуумной камере, в которой устанавливаются подложки и мишень с испаряемым материалом. В вакуумной камере, представленной на рисунке 1.5, имеется прозрачное окно, через которое на мишень попадает лазерный луч, проходя черех фокусирующую линзу. Использование пучкового режима генерации обеспечивает импульс, представляющий собой последовательность импульсов длительностью 10^-6 с, в чем и заключается импульсное нанесение плёнок. Поглощение излучения лазера твердым телом завит от его зонной структуры. Наиболее чистые плёнки удалось получить Бонему, соединив в своём методе высокий вакуум (1,33*10^-8 Па), гелиевое охлаждение, и рубиновый лазер ( с энергией импульса до 5 Дж ). Данным методом можно напылять плёнки тетрооксида молибдена, теллурида свинца, а также селеновые и теллуровые плёнки.

Достоинства:

высокая степень вакуума;
высокая чистота плёнок;

Недостатки:

высокая стоимость оборудования.

1-вакуумная камера;

2-мишень испаряемого вещества;

3-подложки;

4-прозрачное окно;

5-фокусирующая линза;

6-полупрозрачное зеркало;

7-поляроид;

8-ячейка Керра;

9-активное вещество;

10-непрозрачное зеркало;

11-конденсатор;

12-лампа накачки;

13-управляемый разрядник.

Рисунок 1.5 Метод лазерного нанесения пленок. Схематическое изображение.

1.1.6. Высокочастотное распыление. При рассмотрении получения плёнок катодным методом было сказано, что катод – проводящий и находится под постоянным потенциалом. Заряд бомбардирующего иона нейтрализуется электроном из внешней цепи. При диэлектрическом или плохо проводящем катоде будет накапливаться положительный заряд, ионы не будут вытягиваться из плазмы и распыление прекратится. Для его возобновления необходимо удалить этот накопительный заряд. На практике это обеспечивается подачей на катод переменного ВЧ потенциала с частотой 13,5 МГц. ВЧ разряд более стабилен при давлениях в камере более низких, чем при диодном распылении. На рисунке 1.6 представлена схема получения плёнок ВЧ распылением с двумя электродами – мишенями. Мишени располагаются попеременно на изолированные подложки. Данным методом получают проводящие плёнки.

Достоинства:

энергия распыляемых атомов больше;
меньшая степень вакуума;

Недостатки:

низкая скорость процесса;
загрязнение остаточными газами.

1-экран;

2-мишень;

3-вакуумная камера;

4-частицы распылённой мишени;

5-подложки;

6-подложкодержатель;

7-электроны ВЧ плазмы;

8-ионы аргона.

Рисунок 1.6 Высокочастотное распыление. Схематическое изображение.

1.1.7. Магнетронное распыление является продуктом усовершенствования вакуумных систем диодного распыления. Отличительной его особенностью является наличие в прикатодной области нормальных друг к другу электрического и магнитного полей. Такое скрещенное поле для эмитированных катодом электронов является ловушкой: под действием электрического поля они стремятся к аноду, а магнитное поле разворачивает их к катоду. В результате электроны двигаются вдоль катода по сложной циклоидальной траектории. Потеря энергию на ионизацию аргона. Электроны начинают двигаться к аноду диффузионно. Благодаря увеличению концентрации ионов аргона у катода, интенсивность бомбардировки возрастает, распыление, и скорость роста плёнки увеличиваются. Возрастает адгезия плёнок к подложкам. Магнетронная система с плоским катодом и кольцевым анодом предоставлена на рисунке 1.7. Блок из постоянных магнитов расположен под катодом. При подаче постоянного напряжения между катодом – мишенью и анодом возникает электрическое поле с составляющей, перпендикулярной к плоскости катода. Таким образом, у катода создаётся скрещенное электромагнитное поле. Магнитная ловушка обеспечивает отсутствие бомбардировки подложек вторичными электронами высоких энергий. Основной причиной нагрева подложек является передача энергии частицами осаждаемого материала, поэтому температура подложек не превышает 100 – 200 ⁰С.

Достоинства:

высокая интенсивность потока распыляемого вещества;
хорошая адгезия плёнок в подложке;

Недостатки:

площадь испарения ограничена кольцевым анодом.

1-магнитная система;

2-катод-мишень;

3-траэктория электронов;

4-кольцевой анод;

5-частицы распыленной мишени;

6-подложка;

7-подложкодержатель;

8-линии магнитного поля.

Рисунок 1.7 Магнетронное распыление. Схематическое изображение.

2 Специальная часть

2.1 Назначение и применение МДП ИС

В настоящее время очень широкое применение получили МДП ИС. На основе МДП технологии создаются схемы со средней (регистры, счетчики, сумматоры), большой и сверхбольшой степенью интеграции ( постоянное запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство, микропроцессоры).

Микросхемы на МДП транзисторах имеют относительную конструкцию, технологичны, обеспечивают большой процент выхода годных ИМС и не требуют дополнительной изоляции элементов в схеме.

Счетчик – это цифровое устройство, сигналы, на выходе которого в определенном коде отображают число импульсов, поступивших на счетный вход. Счетчики применяются для счета числа циклов выполнения операций, образования последовательностей адресов команд, подсчета временных интервалов.

Регистры выполняют функции приёма, хранения, сдвига и хранения информации. Информация в регистрах хранится в двоичном коде, причем каждому разряду числа соответствует определённый разряд регистра.

Сумматор является основным узлом арифметического устройства ЭВМ, посредством которого выполняется операция сложения чисел.

Постоянное Запоминающее Устройство предназначено для воспроизведения неизменной информации, заносимой в микросхему при ее изготовлении, оно работает только в режиме хранения и считывания информации. Хранение информации – энергозависимо.

Оперативно Запоминающее Устройство обеспечивает режимы записи, хранения и считывания двоичной информации, заносимой в процессе ее обработки.

2.2 Маршрутное описание технологического процесса изготовления МДП ИС

Маршрут изготовления МДП ИС представлен на рисунке 2.1, а структура изготовления интегрального полевого транзистора предоставлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.1 Маршрут изготовления МДП ИС

1 Чистая пластина

2 Пластина после термического комбинированного окисления

3 Фотолитография под исток и сток

4 Диффузия в исток и сток

5 Фотолитография под затвор

6 Термическое окисление в атмосфере сухого кислорода

7 Осаждение плёнки нитрида кремния

8 Осаждение диоксида кремния методом пиролитического разложения тетраэтоксисилана

9 Фотолитография под омические контакты

10 Напыление алюминия

11 Фотолитография в алюминии

12 Ионное легирование

Рисунок 2.2 Структуры изготовления интегрального полевого транзистора

2.3 Операционное описание технологического процесса

Операционная карта технологического процесса
литера		Напыление алюминия электронно-лучевым методом
	У				Лист			Листов
Оборудование, технологическая оснастка, тара
Наименование							Обозначение (код)
Установка электронно-лучевого испарения
Стол монтажный с обеспыленной средой							СМП-1
Тара для транспортировки пластин по назначению
Часы электронные или механические с ценой деления 1 минута
Кассета полусферическая							по чертежу


Сборочные единицы, детали, полуфабрикаты, материалы
Наименование, марка, сорт, размер и условия поставки							Обозначение, ГОСТ, ТУ
Пластина кремния по назначению после операции литографии
Салфетки батистовые							ГОСТ 29298-92
Азот жидкий							ГОСТ 8050-85
Мыло детское							ГОСТ 21241-89
Пинцет медицинский							СИ-60/14
Стаканчик
Спирт из пищевого сырья ректификованный высший очистки
Перчатки из трикотажного полотна тип 1
Мишень алюминиевая
Салфетка бязевая
Перчатки резиновые хирургически медицинские
Производственная гигиена			1 класс	Меры предосторожности		При работе с сжиженными газами. При работе на электроустановках. Пожаробезопасность.

2.3.1. Подготовка рабочего места:

2.3.1.1. Получить у мастера разрешение на проведение операции и вспомогательные материалы, инструменты, пластины.

2.3.1.2.Сверить номера пластин с номерами указанными в сопроводительном листе.

Примечание: если номера пластин не совпадают с номерами указанными в сопроводительном листе – немедленно сообщить мастеру.

2.3.1.3. Проверить наличие и исправность заземления корпуса установки.

2.3.1.4.Выключить подачу воды для охлаждения, открыть вентиль подачи воды к установке.

2.3.1.5.Взять алюминиевую мишень и закрепить на аноде.

Примечание: проверить запись в журнале о том, сколько операций использовалась алюминиевая мишень, если более 40 операций – то заменить мишень.

2.3.2. Технологический процесс:

2.3.2.1.Напустить атмосферу в камеру установки через натекатель VF2

2.3.2.2. Поднять колпак, нажав и удерживая кнопку «вверх» на мнемосхеме.

2.3.2.3. Отжать кнопку «вверх».

2.3.2.4. Повернуть колпак влево до упора.

2.3.2.5. Провести чистку подколпачного устройства пылесосом.

2.3.2.6. Надеть перчатки.

2.3.2.7. Взять пластину пробник и поместить его в гнездо пробника.

2.3.2.8. Взять пластины и поместить их в рабочее гнездо полусферы, располагая их рабочей стороной внутрь полусферы.

2.3.2.9. Повернуть колпак вправо до упора.

2.3.2.10. Опустить колпак, нажав кнопку Н «вниз» на мнемосхему, располагая их рабочей стороной внутрь полусферы.

2.3.2.11. Отжать кнопку «вниз».

2.3.2.12. Перекрыть все натекатели VF1 ,VF2

2.3.2.13. Включить форвакуумный насос NL1, нажав на мнемосхеме кнопку

2.3.2.14. Открыть вентиль VE3

2.3.2.15. Откачку вести до 10^-1Па, в течении 20-30 минут.

Примечание: если степень вакуума не достигла требуемой, то продолжить откачку до тех пор, пока не будет достигнуто требуемое значение.

2.3.2.16. Контролировать степень вакуума по вакуумметру РТ2

2.3.2.17. Включить нагрев насоса ND1, нажав на мнемосхеме кнопку , нагревать 10-15 минут

2.3.2.18. Перекрыть вентиль VE3

2.3.2.19. Открыть вентиль VE2

2.3.2.20.Включить азотную ловушку BL2, нажав на мнемосхеме кнопку , подключить её к сосуду Дьюара

2.3.2.21. Открыть вентиль VE1

2.3.2.22. Откачать рабочую камеру до 10^-1 Па, в течении 20-30 минут

2.3.2.23. Контролировать вакуум по вакуумметру РТ1

2.3.2.24. Перекрыть вентиль VE1 , отключить азотную ловушку BL2, перекрыть вентиль VE2

2.3.2.25. Открыть вентиль VE3

2.3.2.26. Включить насос ND1, нажав на кнопку

2.3.2.27. Включить азотную ловушку BL1, нажав на кнопку , подключить ее к сосуду Дьюара

2.3.2.28. Включить вакуумный затвор VD1, нажав на мнемосхеме кнопку

2.3.2.29. Открыть вентиль TV1

2.3.2.30. Откачать рабочую камеру до 10^-4 Па, в течение 20-30 минут

2.3.2.31. Контролировать вакуум по РА1

2.3.2.32. Подать напряжение 1 кВ на подложки и на анод, на котором закреплена алюминиевая мишень, подать напряжение на нагрев подложек

2.3.2.33. Выставить на панели управления, поворотом регулятора по часовой стрелке, температуру нагрева подложек 200-300⁰С, температуру испаряемого вещества 1150⁰С

2.3.2.34. Процесс вести 10+ 1 минуту

2.3.2.35. По истечении времени проведения процесса отключить установку, для чего необходимо:

перекрыть вентиль VT1
отключить вакуумный затвор VD1, отжав на мнемосхеме кнопку
отключить азотную ловушку BL1, отжав на мнемосхеме кнопку
отключить насос ND1, отжав на мнемосхеме кнопку
включить воду для охлаждения насоса

Примечание: подождать 15 минут пока насос остынет

перекрыть вентиль VE3
отключить насос NL1, отжав на мнемосхеме кнопку
напустить атмосферу через натекатель VF2

2.3.2.36. Напустить атвосферу в камеру установки через натекатель VF1

2.3.2.37. Нажать и удерживать кнопку «вверх» на мнемосхеме, до полного подъёма колпака

2.3.2.38. Отжать кнопку «вверх»

2.3.2.39. Повернуть колпак по часовой стрелке до упора

Напыление омических контактов 📙 Курсовая → 🆔 139817