Разработка маршрутного технологического процесса ИМС К561ЛА7

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

 УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА  С.П.КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

(СГАУ)

 

Кафедра наноинженерии

 

Курсовой проект

по дисциплине: «Основы технологии электронной компонентной базы»

 

ТЕМА«Разработка маршрутного

 технологического процесса  ИМС К561ЛА7»

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил студент: Александров М.С. гр.5307Б345 

Руководитель: к.т.н. доцент Архипов А.В.

Срок сдачи курсовой работы:

«       » января 2014 г.

Работа защищена с оценкой:

_________________________

 

 

Самара 2014

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени академика С.П.Королева

 

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

КАФЕДРА НАНОТЕХНОЛОГИИ

 

ЗАДАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Основы технологии электронной компонентной базы»

 

Студент ________________________________________группа__________

Руководитель ____________________________________________________

Дата выдачи задания ______________________________________________

Дата сдачи работы ________________________________________________

Тема работы ______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Исходные данные: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Подпись руководителя работы________________________

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект «Разработка маршрутного технологического процесса»

 

Пояснительная записка: 20 стр., 6 рисунков, 1 таблица, 8 источников

 

 

 

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ, ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА, ТРАНЗИСТОР, ЛИТОГРАФИЯ, ЛЕГИРОВАНИЕ, КМДП-СТРУКТУРА, ЖИДКОСТНОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ, ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ТРАВЛЕНИЕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данной работе был проведен анализ микросхемы К561ЛА7 и составлен приблизительный технологический маршрут её изготовления.

 

 

Содержание

 

 

Введение           5

Анализ и характеристики микросхемы      6

Выбор последовательности операций      9

Анализ основных операций        11

Примерный технологический маршрут      14

Заключение           18 

Список использованных источников      19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современные ИС бывают трёх видов: биполярные, полевые и совместные (содержащие как биполярные, так и полевые транзисторы). На этой основе строятся и аналоговые, и цифровые схемы. Биполярные ИС обладают высоким быстродействием, что хорошо для аналоговых и цифровых схем, однако они рассеивают большую мощность и это не позволяет создавать ИС высокой степени интеграции, т.к. возникает проблема отвода тепла. Большая мощность в сочетании с быстродействием разрешает строить на БПТ мощные усилители СВЧ, что для современной связи крайне важно. Общая беда этих транзисторов – большая занимаемая площадь ими на кристалле. Именно из-за тепла и площади на БПТ не делают большие логические схемы, хотя очень хотелось бы. Одним из решений этих проблем, в цифровой схемотехнике, стали полевые или МДП-транзисторы (МДПТ).

Они имеют существенные преимущества перед БПТ по конструкции (размеры и занимаемая ими площадь невелики) и электрофизическим параметрам (низкий уровень шумов, устойчивость к перегрузкам по току, высокое входное сопротивление и помехоустойчивость, малая мощность рассеивания, низкая стоимость).

В тоже время БИС на МДПТ уступают БИС на БПТ в технологической воспроизводимости, стабильности параметров и быстродействии.

МДПТ имеет четыре электрода: исток, сток, затвор, подложка. Полупроводниковая (п/п) область, от которой начинается дрейф основных носителей, называется истоком, область, в которой осуществляется дрейф основных носителей заряда (ОНЗ) и амплитудная модуляция дрейфового тока, - каналом, область, к которой под действием поля движутся (дрейфуют) ОНЗ, - стоком, область, металлическая или п/п, используемая для создания модуляции дрейфового тока, - затвором. Подложка является конструктивной основой МДПТ.[5]

 

АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОСХЕМЫ

 

К561ЛА7 - однокристальная цифровая интегральная микросхема КМОП логики, производства советских времен. Широко применялась в бытовой аппаратуре. Часто использовалась радиолюбителями при создании различных устройств на основе цифровых микросхем. Маркировка К561ЛА7 означает интегральную полупроводниковую логическую микросхему 2И-НЕ. Данная микросхема имеет прямоугольный корпус типа 2, типоразмер 01, с 14-ю выводами, модификации 1(201.14-1).[1]

Микросхемы типа ЛА7 выполняют логическую функцию 2И-НЕ. Реализация этой логической функции обеспечивается последовательным соединением 2 МДП-транзисторов с каналом n-типа и параллельным соединением 2 МДП-транзисторов с каналом p-типа. На рисунке 1а приведена принципиальная электрическая схема логического элемента 2И-не, являющегося составной часть (одним из каналов) интегральной микросхемы ЛА7.[6]

Рисунок 1. Принцип реализации КМДП интегральной микросхемы типа ЛА:

а - двухвходовый элемент; б - таблица состояний схемы.

 

Поскольку в интегральной микросхеме типа ЛА необходимо последовательное соединение МДП-транзисторов, выходные напряжения U0вых и U'вых в условиях номинальной нагрузки и наличия помех имеет несколько отличные значения от простейшего КМДП-инвертора на двух МДП-транзисторах. Эти отличия выражатся в более высоком уровне U0вых и более низком уровне U'вых . Для того чтобы при последовательном соединении двух МДП-транзисторов напряжение U0вых не превысило допустимого уровня, ширина каналов последовательно соединенных МДП-транзисторов увеличена в 2 раза.[8]

 

На рисунке 2 показано как производится нумерация выводов. Вы берете микросхему маркировкой к себе, при этом выводы оказываются повернуты в противоположную от вас строну. Первый вывод определяется по "ключу". "Ключ" — это выштампованная углубленная метка на корпусе микросхемы, она может быть в форме паза , в форме маленькой точки-углубления, поставленной возле первого вывода, или в форме большой углубленной окружности.[8]

Рисунок 2. Нумерация выводов.

 

На рисунке 3 показано содержимое микросхемы. В микросхеме есть четыре элемента 2И-НЕ и показано как их входы и выходы подключены на выводы микросхемы. Питание подключается так: плюс — на вывод 14, а минус — на вывод 7. При этом общим проводом считается минус.

Рисунок 3. Элементарная схема.

 

Рисунок 4. Цоколевка К561ЛА7.

 

Аналогом данной микросхемы является К564ЛА7, в принципе они одинаковые, различаются только корпус.

Для упрощения маршрутного технологического процесса предполагаем, что кремниевые подложки предоставляются предприятию достаточно чистыми, в герметизированной таре, наполненной азотом.

 

 

Рисунок 5. Корпус К561ЛА7.

 

 

Рисунок 6. Маркировка К561ЛА7.

 

В данной работе будет рассмотрена технология производства КМДП-микросхем с поликремниевыми затворами. Использование в качестве материала затвора поликристаллического кремния позволяет получить в МДП-микросхемах структуры с самосовмещенными затворами, снизить пороговое напряжение, уменьшить геометрические размеры приборов и дает возможность создавать на одной подложке МДП и биполярные транзисторные[3].

 

ВЫБОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИЙ

 

1. На подложке n-типа проводимости выращивается слой термического окисла.[4]

 

2. Проводится литография для  вскрытия окон для формирования карма p-типа.

3. Ионное внедрение бора, окисление  и одновременная разгонка бора.

4.  Фотолитография для вскрытия  окон под области n-канальных транзисторов, диффузионных шин и охранных колец.

5.  Проводится окисление для  формирования подзатворного окисла кремния.

6. Наносится пленка поликристаллического кремния и проводится литография по поликристаллическому кремнию для формирования кремниевых затворов и шин.

7. Проводится литография для  вскрытия окон под области  стоков, истоков p-канальных транзисторов, p-шин и охранных p-колец и проводится загонка бора ионным легированием; литография для вскрытия окон под области стоков, истоков n-канальных транзисторов, n-шин и охранных n-колец и проводится загонка фосфора ионным легированием.

 

 

 

8. Окисление и одновременная разгонка примесей в ионно-легированных слоях.

9.  Наносится фосфоросиликатное  стекло для межслойной изоляции.

 

 

 

10. Вскрытие окон под контакты методом литографии.

 

 

 

11. Напыление алюминия и фотолитография  для формирования металлических проводящих дорожек, перемычек на затворы и контактных площадок.

 

12. Проводится контроль  параметров. 
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ.

 

Как указывалось выше, будем считать, что  кремниевые подложки приходят на производство уже отполированными и чистыми, поэтому изготовление микросхемы начинается с термического окисленения для формирования слоя окисла.

Литография состоит из нескольких операций: нанесение фоторезиста, сушка, проявление и травление слоя оксида. Главной целью процесса нанесения фоторезиста является формирование тонкого равномерного слоя материала на поверхности пластины. Обычно, эту операцию осуществляют при помощи нанесения капли резиста на быстро вращающуюся (до 10000 об/мин) подложку, закрепленную на роторе центрифуги. Центрифугирование является самым распространенным способом получения пленки резиста (в том числе, при изготовлении печатных плат с помощью фоторезиста), так как это наиболее простой в реализации способ, который позволяет получать необходимую толщину и равномерность пленки. С учетом того, что количество элементов микросхемы не превышает 100, можно предположить, что в роли резиста можно использовать ФП-10-Ф, предназначенный для реализации контактных и проекционных фотолитографических процессов в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. У данного фоторезиста удовлетворяющие характеристики и приемлемая цена.

 Сушку проводят в установках с инфракрасным (ИК) нагревом. ИК –излучение проникает в глубь слоя пасты на всю его толщину, обеспечивая равномерную сушку без образования корочки на поверхности.

В качестве проявителя используем УФП-1Б в силу его достоинств:

1. Используется для проявления любых позитивных фоторезистов как отечественного, так и импортного производства, например ФП-383, ФП-25, ФП-9120, S1813, S1818, AZ и т.д.
2. Обеспечивает воспроизводимость стадии проявления. Выявляет недостаточность дозы экспонирования, например в результате ухудшения параметров ультрафиолетовой лампы.
3. Поддерживает концентрацию проявляющего раствора в процессе работы.
4. Обеспечивает приготовление готового проявителя в любых необходимых для работы объемах.
5. Хорошо работает при более низких температурах, чем стандартные проявители.
6. Отсутствует перепроявление критичных элементов изображения.
7. Обеспечивает мягкое проявление, с ровными и четкими краями рисунка.
8. Сохраняет стабильность своих характеристик в течение одного года.

Удаление фоторезиста происходит в растворе КАРО.

 

Химическое травление сопровождается удалением поверхностного слоя с механически нарушенной структурой, вместе с которым удалятся и имеющиеся на поверхности загрязнения. При травлении кремния роль окислителя выполняет азотная кислота. Фтористоводородная кислота, входящая в состав травителя, переводит окись кремния в тетрафторид кремния. Для лучшего результата используют смесь указанных кислот в соотношении 3:1, температура травления 30...40оС, время травления около 15с. При добавлении в этот состав 9 частей уксусной кислоты как замедлителя реакции время обработки возрастает, а снижение температуры делает процесс травления хорошо управляемым.[7]