Технологический процесс изготовления КМОП ИС

2 Используемое оборудование и описание установки

Схема установки СДОМ 3-100 представлена на рисунке 4.

1 – система загрузочная; 2 – пульт программного управления; 3 – устройство газораспределения; 4 – электропечь; 5 – кварцевый реактор; 6 – блок пылезащиты; 7 – камера; 8 – пульт управления загрузкой

Рисунок 4 – Печь СДОМ 3-100

Система предназначена для производства изделий электронной промышленности при выполнении комплекса операций диффузии, окисления и других прецизионных процессов физико-термической обработки полупроводниковых пластин диаметром не более 100 мм, с автоматизацией операций загрузки-выгрузки пластин в диффузионный реактор, с плавной регулировкой скоростей загрузки и выгрузки.

Питание системы осуществляется от трехфазной 4-х проводной сети с нулевым проводом сети переменного тока, напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц.

Для эксплуатации необходимо подсоединить систему к вытяжной вентиляции, имеющей электрическую блокировку по цепи питания системы, с расходом воздуха 950 м3/с.

Системы предназначены для эксплуатации в помещениях класса чистоты 350 ОСТ 11.050.067-82 при температуре (+10-35) оС относительной влажности (50±10)% и атмосферном давлении (86.66-106.66)кПа.

Технические характеристики

Масса системы 3345 кг.

Габариты системы 905*5500*2650 мм.

Количество загрузочных площадок на позиции 1.

Максимальная масса перемещаемого изделия с кассетой не более 3 кг.

Минимальная скорость перемещения изделия в реакторе 1.66*10-3(±10%) м/с.

Максимальное время покоя изделия в зоне реактора 3-5 с.

Мощность, потребляемая в режиме разогрева 100 кВА.

Мощность, потребляемая в режиме поддержания температуры 50 кВА.

Средний срок службы системы не менее 6 лет.

Состав установки

1. Система загрузочная
2. Электропечь диффузионная однозонная многотрубная О2ДОМ-75-001
3. Устройство газораспределения 11ДГ-1000-002
4. Пульт программного управления

Работа установки

Загрузку кассет в реактор осуществляет специальный механизм с помощью кварцевого толкателя, который в зоне реактора находится в зацеплении с кассетой. Во время процесса диффузии в реакторе осуществляется возвратно-поступательное движение кассеты с толкателем, чтобы избежать из взаимной приварки. Реактор со стороны модуля загрузки закрыт заслонкой, которая открывается непосредственно перед началом момента выгрузки и закрывается, когда кассета вышла из реактора.

Регулировка температуры, газового состава осуществляется с помощью пульта управления.

В системе используется термопара платина-платинародий. Температура диффузии 1000-1300±5оС (для установки ОКСИД2-3ПО 1000-1250±0.5 оС).

Диффузия ведется при участии жидких реагентов BCl3, PCl5, HCl и дистиллированной воды.

3 Расчетная часть

Рассчитаем распределение концентрации примеси в n-p-структуре, полученной последовательной диффузией фосфора в кремний с электропроводностью p-типа и удельным сопротивлением 10 Ом, проводимой в режимах Т1 = 1060 °С, t1 = 20 мин и T2 = 1160 °С, t2 = 80 мин. А также определим глубину залегания n+-стоковой и истоковой областей.

С помощью графика зависимости предельной растворимости примесных элементов в кремнии от температуры определяем, что предельная растворимость фосфора при 1060 °С равна C01 = 1,51021 см-3 (рисунок 3).

Рисунок 5 – Зависимости предельной растворимости и коэффициента диффузии различных примесей в кремнии

Определим предельную растворимость и коэффициенты диффузии для фосфора из зависимости коэффициента диффузии от температуры.

              С01 = 1,5·1021 см-3

D1 = 210-14 см2/с                            (для P при t1 = 1060 °С);

D2 = 510-13 см2/с                            (для P при t2 = 1160 °C);

Определим плотность атомов примеси, введенной на стадии загонки:

      (1)

Кривая распределения фосфора после стадии загонки:

                   (2)

Построим кривую распределения примеси после разгонки:

  (3)

Определим глубину залегания p-n-перехода:

,   (4)

где С02 = 1,171020 см-3 ,

      для ρ = 10 Омсм Св = 1,21015 см-3.

Рисунок 6 - Расчетные профили распределения примеси в p-n-структуре, после загонки (1) и разгонки(2)

Заключение

Была рассмотрена технология изготовления КМОП-транзистора на основе Si. Выяснены преимущества и недостатки данной технологии. В курсовом проекте был построен профиль распределения примеси и рассчитана глубина залегания стоковой и истоковой областей транзистора с n-каналом, полученных двухстадийным диффузионным методом.

Одним из показателей уровня развития полупроводниковой электроники является уровень производства КМОП-транзисторов, играющих важную роль во многих направлениях микроэлектроники. Но наряду с усовершенствованием известных типов транзисторов и других полупроводниковых приборов развиваются новые приборы, имеющие перспективу применения в новых направлениях микроэлектроники. В качестве примеров следует указать элементы памяти на аморфных полупроводниках, индикаторы на жидких кристаллах, оптоэлектронные приборы на основе гетеропереходов, тонкопленочные приборы [4].

Трудности, лежащие на пути широкого практического использования большинства приборов и микросхем на новых физических принципах, заключаются в необходимости применения новых, недостаточно хорошо освоенных материалов и технологических процессов. Поэтому успех реализации перспективных направлений микроэлектроники зависит от прогресса, как в области проектирования, так и в области технологии полупроводниковых изделий.

В современной технологии СБИС весьма актуальными являются проблема повышения выхода годных ИС и обеспечение их надежности. Прогресс в технологии СБИС достигается за счет уменьшения размеров элементов, увеличения площади кристалла, применения более сложных процессов и введения новых материалов. Все это неизбежно ведет к увеличению плотности дефектов. Идентификация и устранения причин отказов схем и тем самым повышение выхода годных ИС являются неотъемлемой частью разработки новой технологии.

Результатом усложнения СБИС явится функционирование схем при больших величинах напряженности электрического поля, плотности тока и рассеяния мощности. Эти факторы будут ускорять появление отказов приборов. Кроме того, при внедрении новых материалов возникают новые типы отказов ИС. Успешная разработка новых технологических процессов должна включать идентификацию и определение природы механизмов отказов. Объединенные попытки разработки технологии и анализа вида потерь выхода годных ИС и отказов приведут к созданию технологии, необходимой для производства СБИС, применимых в экономически жизнеспособных системах.

Список литературы

1              Курносов А.И. Технология производства полупроводниковых приборов и ИМС. – 3-е изд., перераб, и доп. – / А.И. Курносов, В.В. Юдин. – М.: Высш. шк., 1986. – 386 с.

2              Технология СБИС: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ. / С. Зи, К. Могэб, Д. Фрейзер, У. Фичтнер, Л. Паррильо и др. ; под ред. С. Зи. – М.: Мир, 1986. – 453 с., ил.

3              Парфенов О.Д. Технология микросхем / О.Д. Парфенов. – М.: Высш. шк., 1977. – 256 с.

4              Пичугин И.Г. Технология полупроводниковых приборов / И.Г. Пичугин, Ю.М.Таиров. – М.: Высш. шк., 1984 – 288 с.