2020-04-12
119
| Металлы | Tпл,°С | Tэвтект,°С | Теплопроводность, Дж/см×с×г | Удельное сопротивление, 10-5Ом×см | ТКЛР× 10-6град-1 (Т = 20°С) | ||
| Т = 0 | Т = 100°С | Т = 0 | Т = 195°С | ||||
| Медь | 1083 | 500 | 3,85 | 4,05 | 1,56 | 0,2 | 16,5 |
| Серебро | 960,8 | 650 | 4,18 | 4,22 | 1,51 | 0,3 | 19 |
| Золото | 1063 | 45 | 3,1 | 3,3 | 2,04 | 0,5 | 14 |
| Алюминий | 660 | – | 2,38 | 2,45 | 2,45 | 0,3 | 23 |
| Олово | 232 | – | 0,64 | 0,74 | 11,5 | 2,1 | 21 |
| Свинец | 327 | – | 0,32 | 0,37 | 19,0 | 4,7 | 29 |
| Никель | 1453 | 750 - 800 | 0,91 | 0,97 | 6,14 | 0,55 | 12,8 |
Интеграция технологических процессов в производственный маршрут изготовления микросхем
Взаимосвязь технологических процессов
Элементы структуры микросхемы формируются последовательно снизу вверх. Изменения, вносимые в структуру, должны быть необратимы. Последующие процессы не должны разрушать уже созданные элементы структуры. Можно выделить три основные причины разрушения уже созданных структур:
· высокие температуры обработки;
· химические взаимодействия с реагентами;
· термомеханические напряжения.
Температурная совместимость процессов достигается путем последовательного понижения температур обработки пластин. Элементы структуры, требующие высоких температур, формируются в начале маршрута. Температурные обработки нескольких операций легирования совмещаются и выполняются один раз после введения всех легирующих примесей. Необходимое время высокотемпературной обработки рассчитывается с учетом воздействия на структуру последующих процессов с меньшей температурой.
|
|
|
Защита элементов структуры (обычно это поверхность полупроводника) от воздействия реагентов при последующих операциях достигается нанесением на пластины дополнительной временной защитной маски (обычно слой нитрида кремния), которая впоследствии удаляется. Элементы структуры не должны вступать между собой в химические реакции. Например, проводник на основе золота или меди никогда не контактирует с кремнием или поликремнием. Между ними должен быть слой защитного металла (титана или вольфрама).
Термомеханические напряжения возникают в структуре микросхем из-за разности температурных коэффициентов расширения. Нанесение слоев происходит при высокой температуре, а рабочая температура может быть отрицательной. Величины напряжений зависят от толщины слоя и размеров непрерывного участка. Напряжения вызывают пластические деформации в структуре микросхемы с образованием дефектов как в кремнии, так и в нанесенных слоях. Для снижения напряжений одновременно используются два подхода: технологический и конструктивный.
Технологический подход требует снижения толщины напряженных слоев диэлектриков и металлов. В тех случаях, когда необходима значительная толщина, используются многослойные структуры из разных материалов. При этом дефекты концентрируются на границах слоев, не нарушая изоляцию или проводимость всей структуры.
|
|
|
Конструктивный подход требует ограничения размеров элементов в плане и равномерного заполнения кристалла элементами структуры. Например, при использовании боковой диэлектрической изоляции транзисторов их размеры ограничены проектными нормами (обычно не более 50 мкм). Свободные участки должны быть заняты фиктивными (dummy) изолированными областями, которые в схеме не используются. Аналогичная ситуация с многоуровневой металлизацией. Ширина проводников ограничена (обычно 20 мкм). Широкие шины питания делают с прорезями. Все свободные места должны быть заняты фиктивными проводниками – квадратами минимальных размеров.
Разработка нового технологического маршрута ведется с использованием средств САПР, позволяющих учесть в расчетах взаимосвязь технологических процессов. Широко используется пакет программ TCAD.
Интеграция приборов в структуре микросхемы
Сейчас уже нет микросхем, включающих только один тип транзисторов. В типовой КМОП - структуре используются четыре типа МОП - транзисторов (n- и p- канальные, быстродействующие и высоковольтные). Число операций их формирования не должно умножаться на четыре. Оптимизация структуры микросхемы и технологического маршрута проводится на основе принципа функциональной интеграции элементов. Одни и те же элементы структуры могут выполнять различные функции в разных полупроводниковых приборах. Например, для формирования простой полупроводниковой структуры NМОП- или PМОП- микросхемы (без контактов и металлизации) потребуется четыре технологических цикла с фотолитографией. Механическое совмещение структур потребует уже девять циклов, так как добавится дополнительный элемент – изолированный «карман». На практике для простой КМОП - структуры требуется только пять технологических циклов (рис. 11.1). Для формирования областей изоляции, истоков, стоков, контактов к подложке и «карману», затворов всех транзисторов используются только четыре элемента структуры.
В современных микросхемах не редкость 6¸8 типов транзисторов, включая КМОП, биполярные, полевые с управляющим p–n - переходом, фототранзисторы и др. При этом маршрут изготовления увеличивается на 3¸4 технологических цикла с фотолитографией. Технологическое проектирование физических структур с большим числом типов транзисторов требует использования программ физического моделирования полупроводниковых приборов.
Спецификация производственного маршрута
Для связи с разработчиками микросхем технологи должны подготовить спецификацию, которая включает:
· состав комплекта фотошаблонов;
· список элементов структуры и реализуемых приборов;
· чертежи приборов минимальных размеров;
· таблицу топологических ограничений;
· правила проектирования и размещения элементов структуры;
· допустимое число используемых уровней металлизации;
· таблицу основных параметров полупроводниковых приборов;
· схемотехнические модели всех используемых типов полупроводниковых приборов;
· технологический разброс основных параметров полупроводниковых приборов;
· параметры системы металлизации: удельное сопротивление и емкость проводников, сопротивление переходов между уровнями металла.
