Открыть главное меню

Микротехнология

Внутренние структуры интегральной схемы (3D модель): четыре слоя медной металлизации, поликремний (розовый), колодцы (серый), подложка (зелёный)

Микротехнология — процесс изготовления структур, характерный масштаб которых — микрон или менее. Исторически процессы микротехнологии использовались для производства интегральных схем (см. Технологический процесс в электронной промышленности). В последние два десятилетия область применения этой группы методов расширилась за счёт микроэлектромеханических систем (МЭМС), аналитических микросистем, производства жёстких дисков, ЖК дисплеев, солнечных панелей.

Миниатюризация различных устройств требует привлечения различных областей науки и техники: физики, химии, материаловедения, информатики, вакуумной техники, гальваники[1]. Основные процессы микротехнологии:

Упрощённая пошаговая схема процесса изготовления КМОП-инвертора по микроэлектронной технологии. Примечание: контакты затвора, стока и истока обычно не лежат в одной плоскости в реальных устройствах, масштаб искажён для наглядности.
Процесс травления

ПрименениеПравить

Процессы микротехнологииПравить

Микротехнология включает в себя различные процессы, производимые в определённой последовательности. Некоторые технологические приёмы имеют очень давнюю историю, например литография или травление. Полирование было позаимствовано из производства оптических стёкол. Электрохимическое осаждение и вакуумная техника берут своё начало в работах XIX века.

Изготовление микроустройства представляет собой, как правило, чередование операций нанесения тонких слоёв и травления. Таким образом, устройство представляет собой «стопку» двухмерных структур из разных материалов. Также используются различные операции модификации поверхности: отжиг, легирование, окисление, восстановление и другие. Основополагающий принцип — одновременное изготовление сразу большого количества устройств, как правило, размещённых на одной подложке и разделяемых только на финальной стадии производства.

ПодложкиПравить

Микроэлектронные устройства и схемы формируются обычно на относительно толстой подложке. В электронике применяют подложки из кремния и арсенида галлия. Для МЭМС, оптических устройств, дисплеев часто применяются кварц и стекло. Подложка позволят упростить обращение с микроэлектронным устройством в течение цикла производства. Как правило на одной подложке размещаются сотни и тысячи одновременно изготавливаемых устройств, которые разделяются в конце производства.

ОсаждениеПравить

Устройства, производимые по микроэлектронной технологии обычно состоят из одного или нескольких тонких функциональных слоёв. Типы этих слоёв зависит от назначения устройства. Микроэлектронные устройства имеют в своём составе слои проводящие, изолирующие или полупроводниковые. Оптические устройства могут содержать отражающие, прозрачные, светопроводящие или рассеивающие слои. Они могут также играть химическую или механическую роль, например для МЭМС приложений или «лабораторий на чипе». Слои получаются методами осаждения тонких плёнок, включающих в себя:

ФотолитографияПравить

Основная статья: Фотолитография

Как правило, нужно сформировать на подложке различные структуры или сквозные отверстия в слое. Эти структуры имеют микронные или нанометровые размеры и способы их формирования определяют возможности технологии. Для их формирования при помощи фотолитографии создают маску, защищающую от действия травителя те участки, которые должны быть оставлены.[3]

ТравлениеПравить

Основная статья: Травление

Травление — это процесс удаления части слоя или подложки. Подложка подвергается воздействию травящего агента (кислота, химически активная плазма, ионный пучок), который физически или химически разрушает поверхность, удаляя материал.

Другие процессыПравить

Чистота в микротехнологииПравить

Производство по микротехнологии производится в чистых помещениях, в которых воздух очищается от взвешенных частиц пыли, и производится строгий контроль температуры и влажности. Также принимаются меры для снижения вибраций и электромагнитных помех. Дым, пыль, микроорганизмы и клетки живых организмов имеют микронные размеры и их попадание на подложку сделает изготавливаемый прибор неработоспособным.

Чистые помещения обеспечивают пассивную чистоту, но несмотря не это, загрязнение поверхности подложек может происходить различными путями: частицы пластика из межоперационной тары, следы материалов от предыдущих этапов обработки. Поэтому производят также и активную очистку подложек различными методами. Органические загрязнения и частицы пыли удаляют в перекисно-аммиачном или перекисно-кислотном растворах (например, раствор «пиранья» H2SO4+H2O2), процесс RCA-2 в перекисно-кислотном растворе удаляет металлические загрязнения. Травлением в растворе плавиковой кислоты удаляют базовый оксид с поверхности кремния. Также широко используются «сухие» методы очистки, включающие обработку в плазме аргона или кислорода для удаления нежелательных слоёв с поверхности, а также водородный отжиг при высоких температурах для удаления базового оксида перед эпитаксией. Окисление, как и вообще все высокотемпературные процессы очень чувствительны к загрязнению, и этапы очистки в обязательном порядке должны им предшествовать.

В некоторых бракованных чипах, где не удалось устранить все неполадки, приходится преднамеренно отключать одно или два ядра, или снижать проектную тактовую частоту с напряжением питания, или использовать часть процессора только в качестве дополнительной оперативной памяти. В этом случае неполноценным процессорам присваиваются дополнительные обозначения, расширяющие ассортимент одновременно выпускаемых какой-либо фирмой процессоров, которые продаются уже по более низкой цене[4].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

ЛитератураПравить

  • Nitaigour Premchand Mahalik. Micromanufacturing and Nanotechnology. — Springer, 2006. — ISBN 3-540-25377-7.
  • Готра З. Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник.. — М.: Радио и связь, 1991. — 528 с. — ISBN 5-256-00699-1.
  • Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров / Черняев В. Н.. — М.: Радио и связь, 1987. — 464 с. — ISBN нет, УДК 621.38 Ч-498.
  • Парфенов О. Д. Технология микросхем / Парфенов О. Д.. — М.: Высш. шк., 1986. — 318 с. — ISBN нет, УДК 621.3.049.77.
  • Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. — М.: Высшая школа, 1987. — 416 с.