Разработка конструкции и топологии ИМС датчика фазы

 мкм

 

4. Расчет геометрических размеров резистора R4 (аналогично R5, R7):

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

 

5. Расчет геометрических размеров резистора R6:

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

 

6. Расчет геометрических размеров резистора R8:

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

       мкм

 

 

7. Расчет геометрических размеров резистора R10:

 мкм

 мкм

 мкм

 мкм

       мкм

 

 

         Окончательные значения размеров резисторов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 

Обозначение	Номинал, кОм	Ширина b, мкм	Длина l, мкм
R1	8	22	32
R2	8	22	32
R3	1	62	12
R4	10	20	36
R5	10	20	36
R6	15	16	44
R7	10	20	36
R8	20	14	50
R9	1	62	12
R10	5	28	26

 

 

 

Основные  технологические операции

 изготовления ИМС.

 

Биполярные  микросхемы с изоляцией р-п переходом.

 

         Структура биполярного транзистора микросхемы рассмотрена на рис.1. Схема технологического процесса представлена в графической части (лист – 3). В качестве исходных используются кремниевые подложки с эпитаксиальной структурой p-n и скрытым n+-слоем.

Рис.1. Структура транзистора, изолированного p-n переходом.

 

        

 

005. Химическая обработка подложек:

 

1. Отмывка пластин гидромеханическая.

Операция  выполняется  в  растворе  ситанола  АЛМ-10  в    деионизированной  воде  с  помощью  щеток  для  удаления  механических  загрязнений  и  увеличения  смачиваем ости  поверхности  пластин.

 

2. Промывка  пластин в пероксидно- аммиачной смеси.

Операция   проводится  для  удаления  любых органических   загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин при температуре 90ºС.

 

3. Сушка.

Операция  проводится  сначала  в  парах  этилового  спирта, а  затем  в  потоке  горячего  осушенного  азота  в  центрифуге  при  частоте  обращения  20000  оборотов  в  минуту.

 

4. Проверка  чистоты поверхности кремниевых   пластин.

 

010. Окисление:

 

Операция  проводится  в  потоке  хлороводорода  для  получения  пленки  двуокиси  кремния  на  поверхности  полупроводниковых  пластин, которая  будет  использоваться  в  качестве  маски  в  процессе  диффузии. Толщина  получаемого  окисла  0,8 мкм.

На ней в процессе первой фотолитографии формируется защитная маска под  локальную (разделительную) диффузию бора с целью создания изолирующих областей р-типа. Окисление проводится в потоке кислорода с изменением его влажности в три этапа: сухой — влажный — сухой.

 

 

015. 1-я фотолитография – получение рисунка изолирующих областей:

 

Получение  и  вскрытие  окон  в  защитной  маске, соответствующих  топологии  формируемого  слоя, для  проведения  операции  диффузии  примеси.

 

1. Подготовка  пластин  к  нанесению  фоторезиста.

Обработка  пластин  в  растворе  смачивателя  СВ1017  для  улучшения  адгезии  маски  к  поверхности  пластины.

 

2. Нанесение фоторезиста дискретное.

Получение  равномерного  слоя  фоторезиста  на  поверхности  полупроводниковых  пластин  толщиной  1,1 мкм,  с  предварительной  фильтрацией  используемого  фоторезиста  ФП-383  на  установке  нанесения  НВ-100.

 

3. Экспонирование  ультрафиолетовым     лучом контактное.

Операция  переноса  изображения  с  фотошаблона  на  полученный  ранее  слой  фоторезиста.

    

4. Проявление  и термообработка  фотослоя.

Операция  превращения  засвеченных  участков  фотослоя  в  растворимую  соль, с  использованием  5%-го  раствора  гидроокиси  калия  в  качестве  проявителя. Последующая  термообработка  проводится  в  два  этапа:

1-й  этап: 30  минут  при   температуре  90ºС.

2-й  этап: 60  минут  при   температуре  150ºС

 

5. Контроль  горизонтальных  размеров  рисунка.

 

6.  Удаление  фоторезиста в смеси неорганических  кислот.

 

7. Травление  двуокиси  кремния.

Удаление  пленки  окисла  из  полученных  окон  для  последующего  процесса  ионной  имплантации  примеси  с  помощью  буферного  травителя: HF : NH4F : H2O=1:3:7

 

8.  Контроль  фотолитографии.

Контроль  ухода  линейных  размеров  полученного  рисунка  по  отношению  к  маске.

 

 

020. Разделительная диффузия бора, I стадия:

 

При разделительной диффузии в качестве источника диффузанта используется ВВгз. Диффузия проводится в две  стадии. Первый  этап  двухстадийной  диффузии  для  создания  поверхностного  слоя  легирующей  примеси  повышенной  концентрации – источника  примеси  для второго этапа. Проводится  при  температуре  960ºС в течение 40 мин.

 

 

025. Снятие боросиликатного стекла:

 

С поверхности кремния удаляется  боросиликатное стекло mВ₂О₃nSiO₂. Для травления используется плавиковая кислота HF.

 

 

030. Разделительная диффузия бора, II стадия:

 

В процессе второй стадии диффузии, проводимой, в отличие от первой, в окислительной среде, создается новая пленка SiO₂, выполняющая в дальнейшем не только маскирующие, но и защитные функции. После разделительной диффузии образуются диффузионные слои р-типа с сопротивлением 2 ... 12 Ом/. Второй  этап  двухстадийной  диффузии – перераспределение  примеси  на  определенную  глубину (формирование  области  разделения). Проводится  при  температуре  1050ºС  с  одновременным  термическим  оксидированием в течение 24 мин.

 

 

035. 2-я фотолитография – получение рисунка базовых областей:

 

Аналогично операции 015.

 

040. Химическая обработка:

 

Операция проводится кипячением в смеси   NH₄OH : H₂О : H₂О₂ (1:1:1) и промывкой в деионированной воде.

 

 

045. Диффузия бора, I стадия:

 

Аналогично операции 020.

Для создания транзисторной структуры  в качестве источников диффузантов  используются ВВг₃ и РС1₃ (или РОС1₃). Диффузионный процесс получения базовой области проводится также в две стадии. На первой стадии создается сильно легированный тонкий слой р+-типа с сопротивлением около 90 Ом/

 

 

050. Снятие боросиликатного стекла:

 

Аналогично операции 025.

На этой стадии для удаления боросиликатного  стекла используется химическое травление  в растворе следующего состава: 10 частей HNO₃, 15 частей HF и 300 частей Н₂О. Этот раствор с высокой скоростью травит боросиликатное и фосфоросиликатное стекла, практически не разрушая SiO₂.

 

 

055. Диффузия бора, II стадия:

 

Аналогично операции 030.

Вторая стадия диффузии, в процессе которой толщина слоя увеличивается до 1,8... 2,2 мкм, а его удельное сопротивление (в результате перераспределения бора) повышается до 170... 330 Ом/. Поскольку вторая стадия проводится в окислительной среде, на поверхности кремния образуется пленка SiO₂ толщиной около 0,4 мкм.

 

 

060. 3-я фотолитография – получения рисунка эмиттерных областей:

 

Аналогично операции 015.

На ее основе формируется маска  для проведения локальной диффузии при создании эмиттерной области. Толщина диффузионного эмиттерного сдоя 1,0... 1,4 мкм, удельное сопротивление слоя 3 ... 5 Ом/

 

 

 

065. Химическая обработка:

 

Аналогично операции 040.

 

 

070. Диффузия фосфора:

 

Первый этап двустадийной диффузии для создания  поверхностного  слоя  повышенной  концентрации  легирующей  примеси – источника  примеси  для  второго этапа. Проводится  при  температуре 930ºС в течение 28 мин.

Второй  этап  диффузии – «разгонка»  фосфора. Проводится  при  температуре  1020ºС  с  одновременным  термическим  оксидированием в течение 24 мин.

 

 

075. 4-я фотолитография – получение рисунка контактных окон:

 

Аналогично операции 015.

 

 

 

080. Химическая обработка:

 

Аналогично операции 040.

 

 

 

085. Напыление алюминия:

 

Электрическая разводка создается напылением алюминия.

Проводится  за  счет  приложения  магнитного  поля, с  помощью  катода  А28К  и  приложенного  к  нему  положительного  смещения  35В. Толщина  слоя  алюминия  1,2±0,1  мкм.

 

 

090. 5-я фотолитография – получение рисунка электрической разводки:

 

Аналогично операции 015.

 

 

 

095. Напыление алюминия:

 

 

Операция  проводится  в  среде  азота при температуре 475ºС  для  растворения  тонкой  пленки  двуокиси  кремния.

 

 

 

100. Контроль параметров:

 

Контроль  электрических  параметров.

 

 

105. Скрайбирование:

 

Производится ломка пластин на кристаллы.

Также проводится операция отбраковывания негодных кристаллов по дефектам внешнего вида, или по несоответствию функциональных параметров таблицам норм.

 

 

110. Сборка:

 

Полученные кристаллы устанавливаются  в корпуса. Контактные площадки кристалла соединяются с выводной рамкой корпуса.

 

 

 

 

Список литературы.

 

1.  Коледов Л.А. - Конструирование и технология микросхем.

       М.: Высшая школа, 1984.

 

2.  В.Г. Барышев, А.А. Столяров  Методические указания.

  Издательство: КФ  МГТУ 1987г.

 

3. А.В. Нефедов, В.И. Гордеева – Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги.

М.: Радио и связь, 1990.

 

4. А.А. Зайцев, А.И. Миркин – Полупроводниковые приборы.

М.: Радио и связь, 1989.

 

5. Пономарев М.Ф. « Конструкция и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА »

    М: Радио  и связь, 1982г.

 

6. Агахонян Г.М. « Интегральные микросхемы »     

     М: Энергоатомиздат, 1983г.

 

7. Коледов Л.А.  «Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок»

     М: Радио и связь, 1989г.

 

8. Андреев В.В.   «Расчет надежности интегральных микросхем»

    Калуга, типография АО «Восход», 1996г.