Базовые операции технологического процесса изготовления твердотельных приборов и интегральных схем

Создание микросхем начинается с подготовки полупроводниковых пластин. Их получают разрезанием монокристаллических полупроводниковых слитков цилиндрической формы с последующими шлифовкой, полировкой и химическим травлением для удаления верхнего дефектного слоя и получения зеркальной поверхности с шероховатостью (высотой неровностей) 0,03...0,05 мкм. Диаметр пластин не превышает 260 мм, толщина около 0,5 мм, допустимый прогиб и отклонение от параллельности поверхностей не более 10 мкм по всему диаметру. Пластины характеризуются типом (N или P) электрической проводимости (электропроводности), удельным сопротивлением, а также кристаллографической ориентацией поверхности.

Для последующих операций исключительно важна чистота по-
верхности. Поэтому перед началом, а также неоднократно в течение тех-
нологического цикла производят очистку, удаляя посторонние веще-
ства с помощью промывки, растворения и т. п. Эффективна ультра-
звуковая очистка, когда пластины погружают в ванну с растворите-
лем, перемешиваемым с помощью ультразвука.

Технологическнй цикл может быть разделен на два больших этапа –
обработки пластин и сборочно-контрольный. Первый этап включает процессы, формирующие на
пластинах структуры микросхем, т.е. их элементы и соединения. Для
реализации элементов в определенных местах пластины создают обла-
сти с требуемыми типом электропроводности и удельным сопротивле-
нием, вводя соответствующие примеси или наращивая слои на поверх
ность. Проводники соединений, а в совмещенных микросхемах резис-
торы и конденсаторы получают нанесением на поверхность пластин
пленок. Геометрия легированных областей и тонкопленочных слоев за-
дается масками, формируемыми с помощью литографии. В резуль-
тате на пластинах образуется матрица одинаковых структур, каждая
из которых соответствует одной микросхеме, т.е. на данном этапе мик-
росхемы создаются групповыми методами.

Второй этап начинается с контроля функционирования микросхем
на пластине. Электрические контакты с отдельными микросхемами
осуществляются с помощью механических зондов – тонких игл, уста-
навливаемых на контактные площадки микросхем. Зондовый контроль
производится на автоматизированных установках, дефектные микро-
схемы маркируются. Повышение степени интеграции и разработка
СБИС ставят задачу проверки целостности связей и выявления всех
дефектных элементов на пластинах. Для этой цели разработаны более
сложные и эффективные методы контроля: электронно-лучевое зонди-
рование, исследование поверхности пластин с помощью электронного
микроскопа и др. Для повышения процента выхода годных микро-
схем в некоторых СБИС предусматривают резервирование отдельных
элементов или узлов. После выявления дефектных элементов или
участков устраняют их связи со всей схемой, например, пережигани-
ем проводников с помощью остросфокусированного лазерного луча.

После контроля пластины разрезают на кристаллы, соответствую-
щие отдельным микросхемам, и дефектные кристаллы отбраковывают.
Кристаллы устанавливают в корпус, соединяют контактные площадки
кристаллов с выводами корпуса (монтаж выводов) и герметизируют
корпус. Затем производят контроль и испытания готовых
микросхем с помощью автоматизированных систем, работающих по
заданной программе. Различают тестовый контроль (проверка функцио-
нирования) и параметрический, заключающийся в измерении электри-
ческих параметров и проверке их соответствия нормам технических
условий.

Контрольно-сборочные операции производятся индивидуально для
каждой микросхемы в отличие от групповых процессов создания микро-
схем на этапе обработки пластин, поэтому они в значительной степени
(30...40 %) определяют трудоемкость изготовления, стоимость и на-
дежность микросхем.