Микросұлбаларды құрастыру

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Қазіргі электрондық құрылғылар өте күрделі және көп элементті болып келеді. Мысалы, электронды есептеу машиналарының құрамында 107 шамасында элемент бар. Әрине элементтер саны көбейген сайын құрылғының салмағы, көлемі және бағасы артады. Аталған мәселелерді шешуде электрондық құрылғыға кіретін элементтерді кішірейту және оларды атқаратын міндетіне қызметіне қарай топтастырып жасау маңызды орын алады. Мәселен, күшейткіш каскадты түрлендіргішті, т. б бір элемент етіп жасаса, құрылғыны жинастыру, жөндеу жұмыстарының жеңілдейтіні хақ. Бірнеше ұсақ электронды элементтен тұратын және белгілі бір жұмысты атқаратын электрондық аспапты интегралдық микросұлба деп атайды.

Мұндағы <<интегралдық>> сөзі "жиынды" деген білдіреді. Интегралдық микросұлбаның негізгі параметрлері жинастыру тығыздығы мен интеграциялық дәрежесі. Жинастыру тығыздығы деп интегралдық микросұлбаның бір текше сантиметр көлемінде орналасқан элементтердің санын айтады. Микросұлбаның интеграциялық дәрежесі оның құрамындағы элементтердің жалпы санымен анықталады. Әдетте егер микросұлбаның құрамында он элементке дейін болса бірінші интеграциялық дәрежелі, оннан жүзге дейін элементке дейін болса бірінші интеграциялық дәрежелі, жүзден мыңға дейін элемент болса үшінші интеграциялық дәрежелі т. с. с. деп саналады. Интеграциялық дәрежесі мыңнан артық интегралдық сұлбалар үлкен интегралдық сұлба деп аталады.

Интегралдық микросұлбалар жасалу технологиясы бойынша жартылай өткізгішті, гибртдті және қабыршақты болып бөлінеді. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларда оның барлық элементтері және оларды жалғау жартылай өткізгіш материалдың ішінде немесе үстінде орындалады. Жартылай өткізгіштің үсті диэлектрик болып есептелетін силицийдің қос тотығымен жабылған, ал элементтердің арасындағы изоляция міндетін р-түрлі силиций атқарады. Элементтер металл қабық жартылай жалғанған. Жартылай өткізгіштің көлемі ішінде диодтарды, транзисторларды, резисторларды және конденсаторларды жасауға болады. Конденсатордың сыйымдылығы ретінде р-n өтпесінің сыйымдылығы пайдаланылады. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы өте күрделі және көп қаржы жұмсауды қажет етеді. Сондықтан пайдалану өте көп мөлшерде шығарғанда ғана тиімді.

Өзектілігі: Көптеген электрондық құрылғылар, яғни жаңа технологиялардың барлығы құрылысы кішкене чиптен құралған. Ол кішкене микросхемалардан тұрады. Сол себепті аталған микрочиптердің жасалу принциптерін зерттеу өзекті мәселе болып келеді.

Жұмыстың мақсаты: Микросұлбаларды құрастыру принциптерін зерттеу. Фотолитография әдістерін қарастыру.

Жұмыстың міндеті:

Микросхемалар туралы түсінік беру.
Литография және литография сәулелену типі бойынша бөлінуін қарастыру.

1 Интегралды микросұлба

1. 1 Микросұлба туралы қысқаша түсінік

Интегралдық микросұлбалар жасалу технологиясы бойынша жартылай өткізгішті, гибртдті және қабыршақты болып бөлінеді. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларда оның барлық элементтері және оларды жалғау жартылай өткізгіш материалдың ішінде немесе үстінде орындалады (1. 1-сурет) . Жартылай өткізгіштің үсті диэлектрик болып есептелетін силицийдің қос тотығымен жабылған, ал элементтердің арасындағы изоляция міндетін р-түрлі силиций атқарады. Элементтер металл қабық жартылай жалғанған. Жартылай өткізгіштің көлемі ішінде диодтарды, транзисторларды, резисторларды және конденсаторларды жасауға болады. Конденсатордың сыйымдылығы ретінде р-n өтпесінің сыйымдылығы пайдаланылады. Жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы өте күрделі және көп қаржы жұмсауды қажет етеді. Сондықтан пайдалану өте көп мөлшерде шығарғанда ғана тиімді.

дд.jpg

1. 1-сурет. Жартылай өткізгішті (а) және гибридті (б) микросұлбалардың құрылысы мен электрлік сұлбасы (в)

Қабыршақты интегралды микросұлба деп дараланған элементтері мен элементтер ара байлыныстары диэлектрлик беткі қабатына жартылай өткізігшті материалды қабыршақ (пленка) жолымен жаратылған құрыдғыны айтады. Қабыршақты элементтерді жасаудағы жоғары дәлдігі біріктірілген технология бойынша жасалған микросұлбаларда пайдалануы мүмкін болып, онда актив элементтері мен пассив элементтердің бір бөлігі жартылай өткізгіш көлемінде, ал пассив элементтердің қалған бөлігі оның беткі қабатында қабыршақты етіп орналастырады. Мұндай екі технологияны бірден қолдану микросұлбалардың бағасын жоғарылатады, дегенмен олардың параметрлерінің дәлдігі жоғары болуы көп қолданыста болады.

Гибридті интегралдық микросұлбаларды жасау технологиясы жартылай өткізгішті интегралдық микросұлбалардың технологиясында қарағанда оңай, элементтерге параметрлер беру дәлдігі жоғары, бағасы арзан. Бірақ массасы және көлемі үлкенде интеграциялық дәрежесі төмен.

Қазіргі интегралдық микросұлбалардың интеграциялық дәрежесі өте жоғары және функциялық қолданымы жан-жақты болып келеді. Интегралдық микросұлбалардың басты кемшілігі берер қуатының аздығы (шамамен 50-100мВт) .

Жартылай өткізгіштің диодтар және транзисторға қарағанда интегралдық микросұлбалар жеке элемент емес, электр сигналдарын өзгеруге арналған біртұтас функционалдық құрылғы. Қолдануына қарай интегралдық микросұлбалар біртұтас функционалдық құрылғыны сипаттайтын әр түрлі параметрлерге бөлінеді. Қолдануына қарай интегралды микросұлбалар сызықтық-импульстік және логикалық болып бөлінеді.

1. 2. Интегралдық микросұлбаның жарыққа шығуы

Канзаса Джек Килби - американдық ғалым. Ол жас кезінде Массачусетский атындағы институтіне түспекші болып, математика пәнінен қабылдау емтиханынан үш балл жетпей қалған болатын. Кейін Иллионский университетіне оқуға түсіп, оны аяқтаған соң, радио және телевизиялық мәліметтер өңдіретін атағы шыға қоймаған фирмада он жыл жұмыс атқарады.

Ол 1958 жылдың мамыр айында "TEXAS INSTRUMENTS "атты танымал фирмаға баруға мүмкіндік алды. Сол кезде микромодульдер негізінде электронды тізбектерді кішірейтуге арналған әскери тапсырма орындалды. алдымен электрондық элементтерді жұқа қыш пластинада басып шығарылған, кейін нәзік схеманы алу үшін тегіс түрінде ұйытқан. Шілде айында компания қызметкерлері екі жұмалық жазғы демалысқа жіберілді. Килби жана келген қызметкер болған соң, демалысқа шықпаған болатын. Жалғыз өзі зертхана бөлмесінде қалып, барлық технологиялық оперцияларды орындауға мәжбүр болды. Ол зертханалық кескіштен вакумдық постқа, одан микроскопқа, микроскоптан жұмыс үстеліне, сөйтіп ол тегіс пластиналардың қабықшаларын ұйытты. Бірақ ойындағы жұмыс іске асқан жоқ. Себебі операция жөнінде тәжірибесі жоқ екенін түсініп, оған мезеттен "Резисторлар мен конденсаторлар жартылай өткізгіш материалдардан жасалуы және бір мезгілде өңдіру мүмкін емес "деген мәлімет ойға түсті. Бұл интегралдық технологияларына жету жолы еді.

Бірнеше ай өткен соң оның күмәншіл идеясының дұрыстығана көз жеткізіп, алғаш тәжірибелі үлгі жасайды.

Әлемде алғаш интегралдық схема (лат. тілінде "integer-тығыз байланысты, тұтас) . Ол тек бес компонентерден тұратын сантиметрлік герман плитасы. Форма арқасында әріп түрінде берілген U, L и т. п схеманың жеке бөліктері бір-бірінен оқшауланған. Тізбекті компоненттерді бір-біріне және қуат көзіне қосатын кішкентай сымдар жай ғана ұсақталған. Фирма 1959 жылы қаңтарда жаңа құрылғының пайда болғаны туралы хабарлады. Жаңа технологияның әулетін көрсете отырып, компания оның негізіне компьютер ВВС США құрды.

Итегралдық микросхемалар аналогты, цифрлы болып ажыратылады және аралас микросхемалар бар: Аналогты-цифрлы, цифрлы-аналогты. ОУ микросхемасына жатқызылатын аналогтық классында ИМС(АИС) желілік сипаттамалары бар сызықты микросхемалар(ЛИС) бар чиптерді бөледі.

2 Фотолитография

2. 1. Фотолитография негіздері

Фотолитография процесінің негізгі компоненттері пайдаланатын жабдықтың технологиялық сипаттамаларына байланысты деңгейін анықтайтын фоторезист, фотошаблон және технологиялық процесті жүзеге асырудың нақты схемасы.

Фотолитография схемасын орнату. Фотолитография орнату үшін оңайлатылған оптикалық схема 2. 1-суретте көрсетілген. Сынап шам (мыс. ДРШ-350) Эллиптикалық рефлекторы бар металл сумен салқындатылған корпус ішінде орналастырылады. (1) Шамнан жарық ерітінді арқылы өтеді. (5) айналармен көрінеді. (3) конденсатор линзасы арқылы назар аударылады. (6) Затвор (4) экзпозиция уақытын реттеу үшін қызмет етеді.

Радиация көзі ретінде сынапты шамдарды қолданылады. Жоғарғы сәулелену қарқындылығмен сипатталады.

Бұл көздердің сәулелену спектрі үш спектральды диапозанда жатыр.

- Алыс УФ 100 ден 200-300нм;

- Орташа УФ 300-360 нм;

- Жақын УФ 360-450.

Резисторларға қолданылатын толқын ұзындығы:

-365 нм (J сызық) Hg;

- 405 нм (H сызық) Hg;

- 435нм (G сызық) Hg;

- 248 нм-Kr F, 13 нм -Xe

- 198 нм -ArF, 157 нм-F2

2. 1-сурет Оптикалық сұлба және экспозициялық бірліктер

Конденсациялық линзалардың жарық сәулесін параллель қамтамасыз ету өте маңызды.

Сурет өлшемі, резистивтік маска қасиеттері жарықтың негізгі физикалық қасиеттерімен және бүкіл проекциялау жүйесі айқындалады:

-когоренттік

-дифракция

-интерференция

-хроматикалық аберрация

-астигматизм

2. 2 Фотолитографияның байланысты, байланыссыз және проекциялық әдістері.

Фотолитографияның байланыс, байланыссыз және проекциялық әдістерінің айырмашылығы (2. 2-сурет) .

1. Фотолитографияның проекциялық байланыс әдісі. Фотоүлгі және фоторезистрмен келтірілген пластина байланыс кезінде түйіседі. Пластина вакуумдық ұстағышта орнатылады яғни пластина мен үлгі бір-бірімен түйістіргенше көтереді. Топологиялық суреттің фотоүлгінің алдыңғы топологиялық суретпен теңестіру үшін үлгі мен пластинаны 25 мкм ажыратады. Суреттегі үлгі мен екі нүктелі пластинаны бір мезгілде бақылау үшін ұлғайтылған екі объектив үлгінің артында орналастырылады. Объектив микроскопқа жатқызылады яғни оң жақ үлгі мен пластина оң жақтағы нүктені көреді, ал сол жақ сол жақты. Үлгі мен пластинаны сәйкесінше механикалық қозғалыстардың вакуумдық ұстағышы топологиялық суреттің үлгісімен пластинамен біріктіріледі. Осы қалыпта пластина үлгімен байланысады және тағы бір дәлдік сынақ өткізеді. Экспонираваттау кезінде микроскоп автоматты бөлінеді. Ультракүлгін сәуле бүкіл үлгіні белгілі бір уақыт ішінде экспонаттау кезінде жарықтандырады. Экспонираваттау уақытын экспериментті талдайды. Әдетте ол 15-20с

Бұл әдістің кемшіліктері мынада:нақты пластиналар беті мүлдем тегіс болып табылмайды. Фотоүлгі арасында микро саңылаулар бар. Олардың бетінің қалындығы кездейсоқ түрде өзгереді. Саңылаулардың болуы элементтердің мөлшері мен формасына байланысты жарық сәулесін алшақтатады. Пластина мен фотоүлгі арасындағы байланыс мүмкін емес, себебі әуе саңылаулары дифракциялық әсерімен сурет көлемін арттыруды қалыптастырады.

Контактілі басылым кезінде туындайтын қиындықтар бұл фотоүлгілерді бірнеші рет қолданғанда тозуы. Фотоүлгінің резистпен жанасуы ақаулардың пайда болуына әкеп соғады. Ақаулардың жиналуы мен фоторезист бірнеше рет экспонироваттау кезінде фотоүлгіге жабысып орнатылады. Пластинамен жанасу кезінде пластинадағы кремний тозаңы үлгі бетінің зақымдануына әкеліп соғады. Үлгінің зақымдалған учаскісі ақаулы топологиялық сурет ретінде басқа барлық пластиналарда жазылады. Әр пластина өз зақымданған бетін қосады.

ИМС дайындау кезінде үдерістің тазалығы мен қоршаған ортаны қажет етпейді. Онда тек кейбір схема элементтерінде ақаулар жоқ болады.

2. 2-сурет Жоба типтері

Сол жағы-байланыс баспасы. Контактілі баспа кезінде резистпен жабылған кремний пластинасы шыны фотоүлгімен тура физикалық контактіде орналасқан.

Орталықта-байланыссыз баспа. Экспонаттау кезінде кремний арасындағы пластина мен үлгі үшін ені 10-25мкм шағын саңылаулар қолданады.

Оң жағы-жоба баспасы. Топологиялық сурет үлгісі кремний пластинкасына проекцияланады.

2. Байланыссыз әдіс. Бұл әдіс байланысты проекциялық әдіспен ұқсас.

Экспонаттау кезінде кремний арасындағы пластина мен үлгі үшін ені 10-25мкм шағын саңылаулар қолдануын қоспағанда, саңылаулар үлгінің бетін зақымданудан ықтимал азайтады. Алайда жарық дифракциясын айыру қабілетін азайтады және суреттін нақтылығын нашарлатады.

3. Фотолитографияның проекциялық әдісі кезінде жоққа шығаратын зақымданған үлгісі жоқ. Сонымен қатар проекциялық әдіс фотоүлгіні қиыстыру процесті жеңілдетеді және пайдалану кезінде контакт әдісті жүзеге асырады.

2. 3 Фотоүлгі. Реперлік белгілер.

Фотоүлгі-оптикалық сәулелену учаскілеріне мөлдір және мөлдір емес трафареттпен жазылатын, беті маскировка қабатымен қапталған шыны пластина. Фотолитография процесінде фоторезист қабаты қолда бар фотоүлгіде суретке сәйкес көрсетіледі. Фотоүлгі төсемі шыныдан орындалады. Материал ретінде маскировка қабатының фотоүлгісі әдетте қатты, төзімді заттар пайдаланады. Бұл-күміс эмульсия, иондармен өңделген резист, темір оксиді, германий, хром оксиді және т. б

Фотоүлгіге мынадай кешенді талаптар ұсынылады.

-Материалды жасыратын жоғары оптикалық тығыздық

-Материалдың қалыңдығы 100 нм-н артық емес, оның шағылдырғыш тәсілі 15% жоғары емес

-Жоғары ажыратушы қабілеті

-Барлық суреттің өлшемдерінің дәлдігі

-Жазықтық емес(бірнеше мкм-н однаған мкм әр түрлі фотоүлгі кластарына рұқсат)

-Кіші микродефекті

Пластина мен фотоүлгі нашар контакт кезінде яғни саңылаулардың болуы дифракцич туғызады. Ол көрсетілген облыстың мөлшерін бұрмалайды. Бұрмалауға алынған суреттің геометриялық өлшемдері және көрсетілім мен көріністер режимі дұрыс емес таңдалған болуы мүмкін. Ақаулар үлгісіне-тегіс емес шеттер жатады.

2. 4 Фотрезист. Фоторезист қасиеттері.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.