Резка монокристалла и получение пластин

Резку монокристаллов на пластины осуществляют чаще всего абра­зивными дисками с режущей кромкой, покрытой алмазной крошкой разме­ром 40...60 мкм. Толщина режущей алмазной кромки диска составляет 0,18...0,20 мм, при этом ширина реза получается 0,25...0,35 мм.

Так как на поверхности пластин остаются царапины, сколы, трещины и другие дефекты, нарушающие однородность структуры поверхностного слоя, пластины шлифуют, травят и полируют. При шлифовании достигается неплос-копараллельность пластин не более 3 мкм и прогиб по поверхности не более 10 мкм. При травлении удаляется нарушенный слой толщиной 5...30 мкм и снимаются внутренние напряжения, возникшие в процессе шлифования.

Окончательная тонкая доводка поверхности пластин проводится по­лированием абразивными порошками или пастами, а затем химико-меха­ническим способом с применением суспензий, золей и гелей. В результате получают полупроводниковую пластину диаметром 20...250 мм толщиной от десятков до нескольких сотен микрометров с шероховатостью обрабо­танной поверхности не более 0,04 мкм.

7.4. Изготовление фотошаблонов

Фотошаблоны широко применяются в технологии ИМС как на стадии формирования активных элементов в полупроводниковом материале, так и при создании пассивных элементов и межсоединений.

Фотошаблон — стеклянная пластина (подложка) с нанесенным на ее поверхности маскирующим слоем — покрытием, образующим трафарет с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. В процессе фотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответст­вии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне.

Подложку фотошаблона выполняют либо из обычного стекла (при экспонировании светом с длиной волны Я, > 300 нм), либо из кварцевого стекла (при А, < 300 нм). В качестве материала маскирующего слоя фото­шаблона обычно используется хром, оксиды хрома, железа и др., образую­щие твердые износостойкие покрытия.

К фотошаблонам для производства полупроводниковых структур предъявляется комплекс требований, к которым в первую очередь следует отнести следующие: оптическая плотность маскирующего материала долж­на быть не менее 2,0; толщина маскирующего материала — не более 100 нм; его отражательная способность не выше 15 %; неплоскостность — от не­скольких мкм до десятков мкм (для разных классов фотошаблонов); микро­дефектность порядка 0,1 см"²; краевая четкость рисунка не ниже 0,1 мкм для элементов изображения с размером менее 1 мкм.

7.5. Полупроводниковые микросхемы

Конструкция полупроводниковой МС полностью определяется ее фи­зической структурой (совокупностью слоев в кристалле, отличающихся ма­териалом и электрофизическими свойствами) и топологией (формой, разме­рами, относительным расположением отдельных областей и характером межсоединений по поверхности кристалла). Можно также сказать, что структура — это чертеж поперечного сечения кристалла ИМС, а топология — вид в плане (рис. 5 цветной вклейки).

Рис.7.4. Фрагмент ИМС:

а — структура; б — топология; / — исходная монокристаллическая пластина — подложка; 2 — скрытый слой; 3 — эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 — базовый слой; 5 — эмиттерный слой; 6 — разделительный слой; 7 — изолирующий слой с контактными окнами; 8 — слой металлизации; 9 — защитный слой (обычно SiCy

На рис 7.4, а приведен фрагмент структуры ИМС, представляющей собой и-/ьи-транзистор, и включенный в коллекторную цепь резистор, а на рис. 7.4, б—топология этого же участка.

Каждый из слоев 2—б представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная п или дырочная р) и характер распределения примеси по тол­щине. Это достигается одновременным введением примеси через окна за­щитной маски из SiC>2, формируемой предварительно на поверхности пла­стины-кристалла. В отличие от слоев 2—б слои 7, 8 к 9 получают путем формирования сплошной пленки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiCb) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно А1) — систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 — окна над монтажными площадками.

Приведенная структура получила название эпитаксиалъно-планарной. Она предполагает взаимную изоляцию смежных элементов за счет обратнос-мещенных /?-«-переходов на границах изолирующего слоя. Высоколегиро­ванный скрытый слой (п⁺) служит для уменьшения сопротивления коллек­торов транзисторов и за счет этого повышения их быстродействия. Области п⁺ под коллекторными контактами исключают образование потенциального барьера (барьера Шотки), обеспечивая, таким образом, омический контакт со слаболегированным коллектором, и принадлежат эмиттерному слою.

Рис.7.5. Последовательность форми­рования топологического слоя в объ­еме кристалла: a — окисление поверхности; б — фото­литография; в — внедрение примеси; г — стравливание окисла

Слои 2—б, находящиеся в объе­ме полупроводникового кристалла, формируются с помощью однотипного повторяющегося цикла (рис. 7.5): окис­ление поверхности (SiOa) — фотолито­графия с образованием оксидной мас­ки — внедрение легирующей примеси через окна маски — стравливание окис­ла. Рисунок оксидной маски определя­ется рисунком фотошаблона, исполь­зуемого в процессе фотолитографии. Таким образом, для создания всех сло­ев требуется комплект фотошаблонов с различными рисунками.

В соответствии с этим циклом последовательность формирования по-

лупроводниковой структуры следующая. В исходной пластине-подложке р-типа формируются области скрытого слоя (п⁺). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния и-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (р⁺) с таким расчетом, чтобы они сомкнулись с подложкой. Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (и). Внутри коллекторных областей формируются базовые ^-области (базовый слой), а внутри базовых областей — эмиттерные (эмиттерный и⁺-слой).

В дальнейшем обработка происходит на поверхности — формируются изолирующий слой (SiO₂), слой металлизации (А1) и защитный слой (SiCh). При этом обработка осуществляется по циклу «нанесение сплошной пленки — фотолитография».

Таким образом, для получения рассматриваемой структуры необхо­дим комплект из семи фотошаблонов.