нанесение слоя фоторезиста, обладающего устойчивостью к используемым травителям;
совмещение изображений по знакам совмещения и экспонирование рисунка окон на слой фоторезиста;
стравливание исключительно засвеченных (либо незасвеченных -- зависит от фоторезиста) участков слоя фоторезиста;
стравливание защитного слоя с подложки на участках, не закрытых фоторезистом;
удаление остатков слоя фоторезиста;
возможная операция: внедрение легирующих примесей нередко проводят в двухстадийном процессе, разделяя фазы загонки примеси в приповерхностную область и разгонки загнанной примеси по требуемому объёму; загонка производится путём локальной (с поверхности или из газовой фазы) диффузии или ионной имплантации легирующих примесей через окна в защитном слое в поверхность подложки; режимы диффузии (имплантации) подбираются так, чтобы чтобы за время этой и всех последующих технологических операций размер легированной области достиг требуемых размеров по площади и глубине, а нарушенная радиацией при ионном легировании кристаллическая решётка восстановилась;
возможная операция: плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления излишков слоя ранее осаждённого материала.
плазменное или химическое травление поверхности подложки для удаления защитного слоя (выполняется не в каждом цикле).
Основные циклы, выполняемые при создании полупроводниковых приборов, следующие:
формирование областей р-типа (локальное внедрение примесей)
формирование областей n-типа (локальное внедрение примесей)
формирование проводящих дорожек и контактных площадок (удаление излишков слоя металла)
Порядок циклов определяется зависимостями коэффициентов диффузии примесей от температуры. Стараются сначала производить загонку и разгонку примесей менее подвижных, и для сокращения времени процесса использовать более высокие температуры. Затем при меньших температурах загоняют и разгоняют более подвижные примеси. Это связано с быстрым (экспоненциальным) падением коэффициента диффузии при понижении температуры. К примеру, в кремнии сначала при температуре до ~950С создают области р-типа легированные бором и только потом при температуре менее ~750С создают области n-типа, легированные фосфором. В случае других легирующих элементов и/или других матриц номиналы температур и порядок создания легированных областей может быть разным, но всегда при этом придерживаются правила "понижения градуса". Создание дорожек всегда выполняется в завершающих циклах.
Помимо дифузионного легирования и разгонки могут применяться методы радиационной трансмутации кремния в алюминий и фосфор. При этом проникающая радиация помимо запуска реакций трансмутаций заметно повреждает кристаллическую решётку подложки. Легирование пластины идёт по всей площади и по всему объёму материала. Для легирования использовали слитки кремния не разрезанные на пластины.Профиль примеси по диаметру пластины описывается транспозицией экспонент с максимумом на периферии пластины и минимумов в центре пластины. Этот метод имеет ограниченное применение для изготовления специальных приборов из высокоомного кремния.
Завершающие операции при производстве микросхем
Скрабирование
По завершении операций по формированию приборов на пластине производится разделение пластины на малые кристаллы, содержащие единственный готовый прибор.
Изначально разделение пластины на отдельные кристаллы велось путём процарапывания её на глубину 2/3 от толщины пластины алмазным резцом с последующим раскалыванием по процарапанной линии. Этот принцип разделения дал название всей операции разделения пластин на кристаллы: "скрабирование" (или скрайбирование от англ. scribe - царапать).
В настоящее время скрабирование может выполняться как с прорезанием на полную толщину пластины с образованием отдельных кристалов, так и на часть толщины пластины с последующим раскалыванием на кристаллы. Скрабирование с некоторой натяжкой можно отнести к завершающим этапам планарной технологии.
Прорезание может выполняться различными путями:
Скрабирование алмазным резцом - процарапывание пластины вдоль одной из кристаллографических осей для последующего разламывания по рискам подобно тому, как действуют при резке стекла. Так на кремниевых подложках разломы лучше всего получаются по плоскостям спайности. В настоящее время метод является устаревшим и практически не используется;
Раскалывание локальным термоударом (применяется мало);
Резка кольцевой пилой с внешней режущей кромкой: установка похожа на установку для резки слитка на пластины, но диаметр диска значительно меньше и режущая кромка выступает за зажимы не более чем на полторы глубины риски. Это сводит к минимуму биения и позволяет увеличить частоту вращения до 20-50тыс. оборотов в минуту. Иногда на ось надевают несколько дисков для одновременного создания нескольких рисок. Способ позволяет прорезать пластину всю толщину, но обычно используется для процарапывания с последующим раскалыванием.
Химическое скрабирование - это скрабирование путём сквозного химического травления. Для проведения операции предварительно делается фотолитография с формированием окон на разделительных участках с обеих сторон пластины и вытравливаются разделительные области. Разновидностью данного метода является сквозное анизотропное травление, где используется разница в скорости травления в различных направлениях кристаллографических осей. Основные недостатки ограничивающие применение метода - сложность совмещения рисунка окон для травления обеих сторон пластины и боковое вытравливание кристаллов. Способ позволяет как протравить пластину на часть толщины, так и на всю толщину.
Резка стальными полотнами или проволоками - полотна или проволока трутся о пластины, на место соприкосновения подается абразивная суспензия. Существует риск порчи готовых структур лопнувшим полотном или проволокой. Колебания состава суспензии, механические перекосы в оборудовании также могут приводить к появлению брака. Метод использовался в мелкосерийных производствах и лабораториях. Способ позволяет прорезать пластину всю толщину, но обычно используется для процарапывания с последующим раскалыванием.
резка лазерным лучом: образование рисок происходит в результате испарения материала подложки сфокусированным лазерным лучом. Основной проблемой при использовании этого метода является защита готовых структур от капель расплавленного и конденсации на них испарённого материала подложки. Применение метода ограничивается толщиной пластин, а так как больший диаметр пластин требует большей толщины для сохранения требуемой жёсткости не всегда используется сквозное разделение (менее 100мкм - возможно резание, от 100 до 450мкм только скрабирование). При сквозном разделении не требуется последующая ломка пластины на кристаллы. Не рекомендуется использовать данный метод для резки пластин, содержащих арсенид галлия из-за выделения высокотоксичных соединений. В СССР для этого метода в основном использовались лазеры из алюмоиттриевого граната и рубина. Наиболее перспективная (на 2006г.) технология лазерной резки предусматривала использование при лазерной резке в качестве фокусирующего световода и одновременно хладагента тонкого шнура воды подаваемой под высоким давлением. После прорезания рисок пластины разделяют на кристаллы.
Существует три основных метода:
Метод подпружиненного ролика: пластину укладывают в полиэтиленовый пакет и размещают на толстом упругом резиновом основании рисками вниз и оператор прокатывает вдоль рисок подпружиненным роликом. Качество разламывания зависит от того на сколько направление движения ролика параллельно рискам, при отклонении возможно раскалывание не по рискам и порча кристаллов.
Разламывание на полусфере: пластины обжимаются эластичной мембраной по сферической поверхности. На мембрану давят либо гидравлическим способом, либо сжатым воздухом. При разделении этим способом пластин диаметром более 76мм резко увеличивается процент брака. Прокатка между двумя цилиндрическими валиками. Пластина на липкой ленте-носителе сжимают стальным и резиновым валиком, которые вращаются, в результате деформации упругого резинового валика к пластине прикладывается изгибающее усилие.
Крепление кристаллов к корпусу
После скрабирования кристаллы присоединяют к основанию корпуса:
методом приклеивания - используются клеи на основе эпоксидной смолы, со временем деградирует: хуже проводит тепло, становится хрупкой, соединение становится непрочным. Данный метод в настоящее время не используется.
метод эвтектического сплавления: на керамическое основание корпуса и на обратную сторону пластины перед разделением на кристаллы наносится тонкий слой золота. В месте крепления кристалла помещается золотая фольга, кристалл кладут на основание корпуса, подогревают до 380° (температура эвтектики системы кремний-золото 385°) и прикладывают вертикальное усилие. Высокая стоимость позволяет использовать метод только для схем спецназначения.
при герметизации пластмассой кристаллы с приваренной арматурой размещают на ленте-носителе.
соединение стёклами - ввиду сложности подбора стекла с низкой температурой размягчения и температурным коэффициентом линейного расширения, соответствующим используемым материалам данный метод для тонкоплёночной технологии малопригоден (годится для гибридныx и толстоплёночных интегральных схем)
метод "перевёрнутого кристалла" - при использовании объёмных выводов одновременно подсоединяются и кристалл и все выводы.
Присоединение выводов к кристаллу
методы присоединения выводов: