|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Одну и ту же технологическую операцию можно реализовать различными (по физико-химической природе) технологическими ж-годами. Например, технологическую операцию получения p-h перехода можно осуществить методами диффузии, эпитаксии, ионного легирования. В соответствии с разделением производства на технологические участки различают следующие методы обработки: механические, химические, термические, фотолитографические, эпитаксии, элио-ники (обработка электронным и ионным лучами), сборки, герметизации и др. Различают групповые и индивидуальные технологические методы. При групповых методах одновременной обработке подвергается не один образец, а целая партия. Обработка партии в одинаковых технологических условиях позволяет уменьшить разброс параметров от образца к образцу и увеличить производительность технологического процесса. Технологические процессы производства изделий микроэлектроники, как правило, представляют собой совокупность групповых и индивидуальных методов обработки. Химическую обработку, отжиг пластин и подложек осуществляют групповым методом; операции контроля, разделения пластин на кристаллы, подложек - на платы гибридных интегральных микросхем проводят индивидуальным методом. Поскольку на одной пластине или плате формируют большое число микросхем, то индивидуальные методы обработки пластин и подложек являются групповыми по отношению к каждой отдельной микросхеме. Операции монтажа и сборки микросхемы в корпус, контроль на функционирование являются чисто индивидуальными, г 1.2. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ В ИСТОРИЧЕСКОМ АСПЕКТЕ На начальных этапах развития электронной техники, когда основными компонентами радиоэлектронных средств служили резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, реле, электронные лампы и соединяющие их проводники, технология развивалась по пути производства и обработки различных диэлектрических, проводящих материалов, соединения их между собой для создания конструкций приборов и устройств. Уделялось большое внимание совершенствованию технологии электронных ламп: стекольное производство, металло-стеклянные спаи, технология металлов, в том числе тугоплавких и редких металлов и сплавов, вакуумная технология, технология пластмасс, автоматическая сборка ламп. В соответствии с растущими потребностями совершенствовалась и специализировалась технология производства пассивных компонентов: при производстве конденсаторов уже применялись многие диэлектричес- кие и проводящие материалы, в производстве проводов совершенствовалась технология протяжки металлов и нанесения на них изоляционных материалов. При сборке устройств важное место занимала технология создания контактов. Аппаратура собиралась из отдельных компонентов, которые механически укреплялись на металлических панелях и электрически соединялись между собой с использованием проволочного жгутового монтажа с помощью разъемов, пайки, сварки. Позднее были разработаны печатные платы. Технология печатных плат - самостоятельный раздел технологии РЭА, имеющий исключительно важное значение для производства современных радиоэлектронных средств. Аппаратура, которая разрабатывалась накануне изобретения микросхем, основывалась на применении микромодулей. Технология   Рис. 1.1. Микроэлементы: а - резистор; б - конденсатор; ,; в - катушка иидуктивиосгн; г - трансформатор; д - дндод; е - транзис- микромодулей использовала все лучшие достижения технологии дискретных пассивных и активных электрорадиоэлементов и методов их сборки. Микромодули представляли собой функционально и конструктивно законченные устройства, объединялись они в серии, на основе которых можно было создавать электронную аппаратуру определенного назначения. Наиболее перспективные серии этажероч-ных модулей обеспечивали высокую плотность заполнения объема РЭА элементами, заш,иту элементов от механических и климатических воздействий, снижали трудоемкость изготовления РЭА, позволяли автоматизировать технологические процессы. На основном элементе модуля - микроплате из ультрафарфора, миналунда или фотоситалла с каждой стороны имелось потри металлизированных паза (рис. 1.1) В них при сборке микромодуля впаивали соединительные проводники. Металлизацию пазов осуществляли серебряными или молибдено-марганцевыми пастами с обжигом и последующим обслуживанием припоем ПОС-61 с добавкой 2...3% серебра. На микроплатах размещали резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, линии задержки, трансформаторы, кварцевые резонаторы, активные элементы. Был организован массовый выпуск таких микроэлементов на различные номинальные значения параметров. Успехи технологии производства микроэлементов позволили на одной микроплате размещать несколько резисторов, конденсаторов, диодов или их комбинацию. От производства таких полиэлементных микроплат до массового выпуска современных гибридных интегральных микросхем, в частности толстопленочных, оставался лишь один шаг. Очень быстро развивалась, часто и резко изменялась технология полупроводниковых приборов: способы создания структуры прибора, особенно формирования р-п переходов. Первые транзисторы имели точечно-контактные переходы (рис. 1.2). Они формировались в месте контакта с полупроводником двух близко расположенных электролитически заточенных проволочек. При пропускании импульса тока под такой иглой образуется миниатюрный р-п переход. Предусматривалось предварительное нанесение на конец иглы примеси, которая при разогреве контакта проникала в монокристаллическую полупроводниковую пластину, формируя р-п переход. Точечно-контактные переходы были нестабильными, с плохо воспроизводимыми характеристиками, полупроводниковые приборы имели низкую механическую прочность. Рис. 1.2. Точечио-коитактиый р-п переход: /- полупроводннковая пластина; 2- игла; 3- переход В 1949... 1950 гг. были разработаны сплавные транзисторы. Оба р-п перехода этих транзисторов создаются при соосном вплавлении навесок электродных сплавов с двух противоположных сторон тонкой полупроводниковой пластины (рис. 1.3). Сплавной р-п переход отличается резким, практически ступенчатым, характером распределения в нем активных примесей, но трудности точного регулирования глубины вплавления мешают изготовлению сплавных транзисторов с тонкими (менее 10 мкм) базовыми областями, в связи с чем максимальные рабочие частоты таких транзисторов не превышают 10 МГц. Вначале в качестве исходного материала для транзисторов широко применялся германий, но вскоре (1954 г.) появилась возможность замены его кремнием - более технологичным полупроводниковым материалом, обладающим лучшим набором электрофизических характеристик. Так, кремний, имеющий температуру плавления 1420 °С, позволяет проводить высокотемпературные обработки и создавать полупроводниковые приборы с гораздо более широким диапазоном рабочих температур, чем германий. Дальнейший успех в технологии полупроводниковых приборов принесло освоение двух важнейших технологических операций: диффузии и локального травления. Диффузия примесей в полупроводник - это технологический метод легирования активными примесями областей полупроводниковых материалов и формирования в них р-п переходов. Сущность метода состоит в создании на поверхности полупроводника источника примеси и проведении отжига, при котором примесь проникает с поверхности в глубь материала за счет теплового движения атомов. Если полупроводниковый материал был предварительно однородно легирован до концентрации jVo активной примесью другого типа проводимости, то в месте, где концентрация продиффундиро-  Рис. 1.3. Конструкция германиевого сплавного транзистора: i- рекристаллизованные слои германия, обогащенные ннднгм Рис. 1.4. Возникновеине р-п перехода иа глубине Хр-п, где концентрация диффузаита п-типа равна исходной концентрации примесей р-типа  вавшей примеси сравняетсяс концентрацией исходной, образуется р-п переход (рис. 1.4). / В отличие от сплавных, диффузионные переходы характеризуются плавным изменением концентрации примеси в области р-п перехода. Так как диффузия - медленный процесс, скорость которого зависит от температуры, он позволяет очень точно регулировать глубину залегания р-п переходов подбором соответствующих режимов: температуры и длительности. По сравнению с предыдущими методами изготовления транзисторов диффузионное легирование позволяет значительно (в 10 раз) увеличить точность формирования толщины базовой области. Другое, не столь очевидное, преимущество диффузии -- возможность группового метода обработки в технологии изготовления транзисторов. Диффузионно-сплавной транзистор (рис. 1.5) имеет сплавной эмиттерный и диффузионный коллекторный переходы. Они получаются в результате вплавления в полупроводниковую пластину с уже созданным диффузионным р-п переходом двух различных электродных материалов, один из которых создает невыпрямляющий контакт к области базы транзистора, а другой - сплавной эмиттерный р-п переход. Травление - это технологическая операция удаления части обрабатываемого материала путем ее растворения в подходящем тра-вителе. Травители для германия и кремния состоят обычно из окислителя (для образования окислов на германии и кремнии), растворителя (для перевода этих окислов в растворимое состояние) и замедлителей или ускорителей химических реакций. Локальное травление - это удаление материала с определенной, заранее заданной части поверхности, соприкасающейся с раствором. Другие участки, на которые не должно распространяться действие травления, должны быть защищены инертным к действию травителя материалом. Такими материалами для полупроводников являются воск, пицеин, асфальтит, церезин, химически стойкий лак (ХСЛ), они обладают еще и хорошим сцеплением с кремнием. Дальнейшим развитием локального травления является метод фо-   Рис. 1.5. Конструкция диффузионно - сплавного транзистрра: /- рекрнсталлизованный слой р-типа (эмиттер); 2- диффузионный слой п-типа (база); J-coe-динительный слой л-типа Рис. 1.6. Меза-структуры: о-плато; б -перешеек с малой площадью р-п перехода; в -конусообразная  й кон- толитографии, использующий в качестве защитного слоя стойкое к действию травителей вещество - фоторезист, меняющее свою растворимость под действием света. С помощью локального травления полупроводниковых материалов получают меза-структуры (от испанского mesa - стол, плато), а в сочетании с диффузией меза-диффузионные полупроводниковые приборы (рис. 1.6, рис. 1.7). Меза-диффузионная технология позволяет получать стабильные электрофизические характеристики и воспроизводимость параметров р-п переходов. Рабочие частоты некоторых меза-транзисторов достигли гигагерцевого диапазона. Такие транзисторы благодаря своей конструкции более прочны и лучше рассеивают тепло. Уменьшение площади р-п перехода (рис. 1.6, б) позволяет снизить его емкость и повысить рабочую частоту; растягивание области объемного заряда w р-п перехода в месте выхода его на поверхность до большей величины w\ (рис. 1.6, в) позволяет увеличить его пробивное напряжение. в 1959 г. была разработана планарная (от латинского planus - плоский) технология, основные операции формирования структур в которой проводятся с одной плоской стороны полупроводниковой пластины. Она основана на операциях окисления кремния, 0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 |