рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ВВЕДЕНИЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ

ВВЕДЕНИЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ - раздел Электроника, Фгбоу Впо «Воронежский Государственный Технический Университет» ...

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

 

 

Е.П. Новокрещенова

 

ВВЕДЕНИЕ

В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ

 

 

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

 

Воронеж 2012

 

УДК 621.382

Новокрещенова Е.П. Введение в микроэлектронику: учеб. пособие / Е.П. Новокрещенова. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 106 с.

В учебном пособии рассмотрены основные термины и определения микроэлектроники, дана классификация интегральных микросхем, приведены типы структур интегральных схем и рассмотрены вопросы технологии их изготовления.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Микроэлектроника и твердотельная электроника»), дисциплине «Введение в микроэлектронику».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD XP и содержится в файле «Микроэлектроника. Введение».

 

Табл. 2. Ил. 54. Библиогр.: 7 назв.

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микро-

электроники Воронежского государствен- ного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Е.Н. Бормонтов);

канд. физ.-мат. наук, доц. Е.П. Николаева

 

 

© Новокрещенова Е.П., 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

ВВЕДЕНИЕ

По точности технологии, по чистоте производства,поколичеству выпускаемых промышленностью приборов и об­ластей их применения нет такого, который мог бы прибли­зиться к транзистору. На основе транзисторов созданы интегральные схемы – одни из самых совершенных продуктов нашего времени.

Возникшая в середине прошлого столетия полупроводниковая электроника стала самым крупным достижением второй половины двадцатого века. К концу столетия полупроводниковая электроника трансформировалась в микроэлектронику. Основные изделия микроэлектроники - интегральные схемы, микропроцессоры, запоминающие устройства стали основой информационной техники, бытовой электроники, медицины, автомобилестроения, авиации, космической техники и др. Перечень отраслей не имеет конца, потому что логика развития любой отрасли науки и техники в настоящее время немыслима без использования микрочипов.

Дисциплина «Введение в микроэлектронику» дает возможность первокурсникам познакомиться с будущей специальностью. В первой главе учебного пособия дан исторический обзор развития электроники и сформулированы основные понятия микроэлектроники. Вторая глава содержит необходимые для понимания дисциплины сведения о полупроводниках. Для студентов, хорошо подготовленных по физике в рамках школьного курса, эта глава может быть использована как справочная, для остальных студентов с этой главы следует начать изучение дисциплины.

 

 


ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Исторический обзор

Электронные схемы и системы лежат в основе инструментальной базы автоматики, информатики, вычислительной техники, телемеханики и др. Электроника прошла три этапа развития: - ламповая,

Полупроводниковые ИМС

Предпосылкой для создания монолитных микросхем стало получение электронно-дырочных переходов диффузией примеси в твердой фазе (1953 г.). Это… Сначала транзисторы с диффузионными переходами создавались по мезатехнологии:…  

Основные принципы интегральной технологии

Структура элементов (диодов, резисторов, конденсаторов) должна содержать только те области, на основе которых построен транзистор. Поэтому… Второй принцип – принцип групповой обработки, которая должна охватывать как… В результате одновременной обработки и получения нескольких тысяч ИМС повышается воспроизводимость их характеристик и…

Гибридные и совмещенные интегральные схемы

Поэтому наряду с полупроводниковыми выпускаются гибридные ИМС (ГИС). В ГИС пассивные элементы создаются нанесением пленок на пассивную… Активные элементы (диоды и транзисторы ) по пленочной технологии не могут быть изготовлены, они создаются по…

Степень интеграции

  К = lg N.  

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

О ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Собственные и примесные полупроводники

Вакантное место в ковалентной связи – дырка будет перемещаться во внешнем электрическом поле, что равносильно перемещению по полю положительного… но заряженный электрон двигается против поля. Механизм проводимости,… Полупроводник, в котором в результате разрыва ковалентных связей образуется равное количество свободных электронов и…

Контакт электронного и дырочного

Полупроводников (p-n переход)

В области контакта существует большой градиент концентраций электронов и дырок. Это вызывает диффузию электронов из n-области в р-область и дырок из… разделению зарядов: в n-области у границы перехода появится положительный…  

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС. ТИПЫ СТРУКТУР ИМС

Основные этапы технологии ИМС

· получение чистого полупроводникового материала; · выращивание из него монокристаллических слитков с заданными… · изготовление из слитков полупроводниковых пластин;

Выбор полупроводникового материала

Для массового производства приборов и ИМС полупроводниковый материал должен: - иметь высокую химическую стойкость и стабильность свойств в широком… - обладать хорошей обрабатываемостью механическими, химическими и другими методами;

Получение полупроводникового материала

В массовом производстве кремний получают восстановлением из песка (SiO2) в смеси с коксом (С) при высоких температурах. Полученный кремний… Далее производится его глубокая очистка, для чего кремний переводится в…  

Получение полупроводниковых пластин

     

Получение эпитаксиальных структур

Современные ИМС на биполярных транзисторах получают на эпитаксиальных структурах. Поэтому они называются базовыми полупроводниковыми структурами. … Эпитаксия – это наращивание монокристаллических слоев на монокристаллическую… При изготовлении ИМС обычно используется гомоэпитаксия (кремний на кремнии), в структурах КНС (кремний на сапфире)…

Методы формирования элементов ИМС

Основным элементом полупроводниковых ИМС является p-n переход. Для его образования в полупроводник заданного типа проводимости вводятся атомы… Введение примеси в полупроводник с целью изменения его электрофизических… В технологии ИМС широко используются два метода легирования: термическая диффузия примесей и ионная имплантация.

Общая характеристика технологического процесса производства ИМС

Группа процессов (операций) Сборочно-

Типы структур ИМС

Диффузионно-планарная структура. Функции изоляции элементов в ней выполняют p-n переходы, ограничивающие области отдельных элементов и смещенные в… Процесс диффузии совмещают с термичесикм окислением кремния, в результате… Вторичным вскрытием окон меньших размеров в окисле и последующей диффузией акцепторной примеси формируют р-области,…

Требования к кремниевым пластинам

· подложки должны иметь совершенную кристаллическую структуру в объеме и на поверхности, так как нарушения поверхности вследствие механической… · шероховатость поверхности пластины должна быть не ниже 14б – 14в классов.… · прогиб пластин должен быть не более 8 -10 мкм. Прогиб обычно обусловлен разностью остаточных напряжений на сторонах…

Схема технологического процесса

На рис. 3.15 представлена схема технологического процесса производства ИМС эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем (с транзисторами n-p-n типа). Отдельные этапы технологического процесса (фотолитография, диффузия, контроль и испытания и др.) включают от 3 до 10 операций. Например, каждый этап диффузии, указанный на схеме, состоит из загонки примеси (ее внедрения в поверхностный слой), снятия окисла, измерения поверхностного сопротивления и глубины диффузионного слоя на контрольной пластине, разгонки примеси (перераспределения ее вглубь пластины), окисления, контроля вольтамперных характеристик перехода (на контрольной пластине). Поэтому общее число операций изготовления ИМС (без учета заготовительного этапа) достигает 150, а продолжительность полного цикла обработки составляет около 100 часов.

 

 

 

Рис. 3.15. Схема технологического процесса изготовления ИМС эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем

 

Основная часть технологического процесса связана с получением структур в групповой пластине. Цикл групповых процессов обработки ИМС заканчивается получением межсоединений на поверхности групповой пластины.

Принцип интегральной технологии исключает возможность обнаружения дефектов на ранних стадиях создания структур. Лишь после формирования межсоединений и периферийных контактов становится возможным контроль ИМС на правильность функционирования.

Зондовый контроль проводится на автоматических установках путем перемещения групповой пластины под головкой, несущей контактные зонды, с шагом, соответствующим размерам кристалла, и последовательного контактирования зондов с периферийными контактами каждого кристалла. При наличии годного кристалла вырабатывается сигнал на очередное перемещение на шаг, в противоположном случае – сигнал на маркирующее устройство, наносящее метку на дефектный кристалл.

В дальнейшем на групповой пластине наносятся риски по границам кристаллов ( эта операция называется скрайбированием) – рис. 3.16, пластина разламывается на отдельные кристаллы, дефектные кристаллы, несущие метки, отбраковываются.

 

 

 

Рис. 3.16. Скрайбирование пластины (а) и разламывание ее на кристаллы (б):

1 – резец, 2 – полупроводниковая пластина, 3 – риски

 

Монтаж кристаллов в полых корпусах сводится к установке и фиксации с помощью приклеивания или пайки на основании корпуса, а в сплошных (полимерных) корпусах – на промежуточном носителе. Затем периферийные контакты кристалла соединяют с внешними выводами корпуса. Способ монтажа выводов, как и способ герметизации ИМС (пайка, сварка, заливка и др.) зависят от конструкции корпуса.

На рис. 3.17 показана разварка проволочных выводов к контактным площадкам корпуса и кристалла. На завершающем этапе производится электрический контроль ИМС по статическим и динамическим параметрам, проводятся выборочные механические и климатические испытания.

 

 

 

Рис. 3.17. Монтаж проволочных выводов:

1 – вывод, 2 – клей, 3 – ИМС, 4 – контактные площадки, 5 – корпус

 

Микроклимат и производственная гигиена

Температура и влажность относятся к климатическим параметрам производственных помещений и определяют понятие микроклимата. Определенная и стабильная температура требуется для фотолитографических… При высокой влажности воздуха производственных помещений пары воды адсорбируются на пластинах, кристаллах,…

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

ПЛАНАРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Термическая диффузия примесей

При высокой температуре (около 1000 ℃) примесные атомы поступают через поверхность и распространяются вглубь вследствие теплового движения. … Основной механизм проникновения примесного атома в кристаллическую решетку… Легирование ведется через маску двуокиси кремния SiO2 или нитрида кремния Si3N4 толщиной 0,5 – 1 мкм (рис. 4.1). …

Ионное легирование

Получение ионов, их ускорение и фокусировку производят в специальных вакуумных установках. Пар легирующих элементов поступают в ионизационную камеру, где возбуждается… Локальное легирование производится через маску SiO2 или Si3N4 толщиной около 0,5 мкм, превышающей длину пробега ионов…

Эпитаксия

Термин эпитаксия происходит от греческого epi – на, над и taxis – расположение. Эпитаксия - процесс наращивания на пластину (подложку) монокристаллического… Эпитаксиальная пленка создается на всей поверхности подложки, одновременно в нее вводятся примеси, распределяющиеся…

Термическое окисление.

Свойства пленки двуокиси кремния

Применение пленки SiO2 в качестве маски при диффузии примесей основано на том, что коэффициент диффузии ряда примесей (P, B, As, Sb и др.) в ней… Пленка SiO2 прозрачна, имеет блестящую стеклянную поверхность и при толщине в… Двуокись кремния и кремний имеют близкие значения температурного коэффициента расширения (ТКР), благодаря этому при…

Травление

Жидкостное травление. В основе его лежит химическая реакция жидкого травителя и твердого тела, в результате которой образуется растворимое… Локальное травление осуществляется через маску. Травление может быть изотропным и анизотропным.

Нанесение тонких пленок

Важным требованием является близкое значение коэффициентов термического расширения (ТКР) пленок и подложек, что предотвращает повреждение пленок при… Термическое вакуумное испарение (термическое вакуумное напыление). Наносимое… Тусл > Тпл (Al, Au, Pt), - то из жидкого.

Проводники соединений и контакты в полупроводниковых ИМС

Материал пленки должен обеспечивать омический контакт к кремнию; иметь низкое удельное сопротивление; хорошую адгезию к кремнию и двуокиси кремния;… Металла, удовлетворяющего всем этим требованиям, не существует. Наиболее полно… После создания рисунка межсоединений производится вжигание контактов при 550 ℃ в течение 5 – 10 мин. На…

Литография

Фотолитография. В технологии ИМС основную роль играет фотолитография, использующая светочувствительные полимерные материалы – фоторезисты, которые… Негативные фоторезисты под действием света полимеризуются и становятся… В позитивных фоторезистах свет разрушает полимерные цепочки: растворяются засеченные участки. Максимальная…

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кремниевая технология является основной в современной полупроводниковой технологии. Она уже используется в наноэлектронике: минимальный…    

ПРИЛОЖЕНИЕ

Индексы Миллера

В кубических кристаллах индексы (100) относятся к плоскости, параллельной осям У и Z; индексы (010) — к плоскости, параллельной осям X и Z, а (001)… Для обозначения направлений в кристалле применяют индексы в виде наименьших… Плоскости, отсекающие равные отрезки, но расположенные в других октантах, эквивалентны в кристаллографическом и…

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

2. Аваев Н.А. Основы микроэлектроники / Н.А. Аваев, Ю.Е. Наумов, В.Т. Фролкин. М.: Радио и связь, 1991. 3. Парфенов О.Д. Технология микросхем / О.Д. Парфенов. М.: Высш. шк., 1986. … 4. Лозовский В.Н. Нанотехнология в электронике. Введение в специальность / В.Н. Лозовский, Г.С. Константинова, С.В.…

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 4

1.1. Исторический обзор 4

1.2. Полупроводниковые ИМС 9

1.3. Основные принципы интегральной технологии 13

1.4. Гибридные и совмещенные интегральные схемы 17

1.5. Степень интеграции 20

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ 22

2.1. Собственные и примесные полупроводники 22

2.2. Контакт электронного и дырочного

полупроводников (p-n переход) 29

3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ИМС. ТИПЫ СТРУКТУР ИМС 32

3.1. Основные этапы технологии ИМС 32

3.2. Выбор полупроводникового материала 32

3.3. Получение полупроводникового материала 33

3.4. Получение полупроводниковых пластин 36

3.5. Получение эпитаксиальных структур 38

3.6. Методы формирования элементов ИМС 39

3.7. Общая характеристика технологического

процесса производства ИМС 41

3.8. Типы структур ИМС 43

3.9. Требования к кремниевым пластинам 56

3.10. Схема технологического процесса 57

3.11. Микроклимат и производственная гигиена 60

4. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

ПЛАНАРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 64

4.1. Термическая диффузия примесей 64

4.2. Ионное легирование 69

4.3. Эпитаксия 74

4.4. Термическое окисление. Свойства пленки

двуокиси кремния 77

4.5. Травление 79

4.6. Нанесение тонких пленок 84

4.7. Проводники соединений и контакты

в полупроводниковых ИМС 91

4.8. Литография 95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100

ПРИЛОЖЕНИЕ 102

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 104

 

Учебное издание

 

 

Новокрещенова Елена Павловна

 

ВВЕДЕНИЕ

В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ

 

 

В авторской редакции

 

Подписано к изданию 20.11.2012

 

Объем данных 3,03 Мб

 

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

 

 

– Конец работы –

Используемые теги: Введение, микроэлектр0.046

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ВВЕДЕНИЕ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКУ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

ЛЕКЦИЯ–ВВЕДЕНИЕ Тема лекции: Введение в дисциплину Безопасность жизнедеятельности . Взаимодействие человека и окружающей среды
Тема лекции Введение в дисциплину Безопасность жизнедеятельности... Цель лекции изучить источники возникновения развитие науки Безопасность жизнедеятельности е исторические основы...

КУРС ЛЕКЦИЙ: ВВЕДЕНИЕ ФИЛОСОФИЯ И ЖИЗНЕННЫЙ МИР ЧЕЛОВЕКА
СИМОНЕНКО Л П... ВВЕДЕНИЕ ФИЛОСОФИЯ И ЖИЗНЕННЫЙ МИР ЧЕЛОВЕКА В разные...

Введение в психоанализ
Все книги автора... Эта же книга в других форматах... Приятного чтения...

Введение в философию
Введение в философию... Фролов И Т Введение в философию...

Елена Васильевна Васильева, Татьяна Владимировна Макеева Экономическая теория: конспект лекций Введение в курс экономической теории Тема 1
Тема Введение в курс экономической теории Предмет методы функции принципы и законы экономической... Микроэкономика... Тема Товарное производство Товар и деньги Сущность и причины...

И.К. БЕЛЯЕВ ВВЕДЕНИЕ В РЕЖИССУРУ
ВВЕДЕНИЕ В РЕЖИССУРУ Курс для документалистов И К Беляев Введение в режиссуру Курс для документалистов... Часть I НУЖЕН ЛИ ТЕЛЕВИДЕНИЮ... Часть II...

ВВЕДЕНИЕ В АНЕСТЕЗИОЛОГИЮ
Харьковский национальный медицинский университет... ВВЕДЕНИЕ В АНЕСТЕЗИОЛОГИЮ...

АВТОМОДЕЛИЗМ: ВВЕДЕНИЕ И СОВЕТЫ НАЧИНАЮЩИМ
Большинство новичков сталкиваются с проблемой выбора своей первой автомодели... Задний привод или полный...

Введение в фармацевтический маркетинг
Фармацевтического факультета по фармацевтическому товароведению по теме... Введение в фармацевтический маркетинг...

ВВЕДЕНИЕ В ИЗУЧЕНИЕ КУРСА ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ИСТОРИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ... ВВЕДЕНИЕ В ИЗУЧЕНИЕ КУРСА ОТЕЧЕСТВЕННАЯ ИСТОРИЯ ЛЕКЦИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВОСТОЧНЫХ СЛАВЯН ПЕРЕХОД ОТ ВАРВАРСТВА К ЦИВИЛИЗАЦИИ...

0.041
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам