1. Общая характеристика микроэлектроники .

Микроэлектроника – это раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных приборов – интегральных микросхем и принципов их применения.

Основной задачей микроэлектроники является комплексная микроминиатюризация электронной аппаратуры – вычислительной техники, аппаратуры связи, устройств автоматики. Микроэлектронная технология позволяет резко расширить масштабы производства микро-электронной аппаратуры, создать мощную индустрию информатики, удовлетворить потребности общества в информационном обеспечении.

Интегральные микросхемы (ИС), являющиеся элементной базой микроэлектроники, предназначены для реализации подавляющего большинства аппаратурных функций. Их элементы, аналогичные обычным радиодеталям и приборам, выполнены и объединены внутри или на поверхности общей подложки, электрически соединены между собой и заключены в общий корпус. Все элементы или их часть создаются в едином технологическом процессе с использованием групповых методов изготовления.

Элементы полупроводниковой интегральной микросхемы – транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы – представляют собой совокупность различных полупроводниковых структур.

К таким полупроводниковым структурам относятся контакты металл-полупроводник, электронно-дырочные переходы, структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Физические явления и процессы в таких полупроводниковых структурах хорошо изучены и детально рассмотрены в научной и учебной литературе.

2. Основные направления развития микроэлектроники

На современном этапе электроника ускоренными темпами развивается в обоих традиционных направлениях: приборном и аппаратурном. С одной стороны, идет развитие самой электронной техники: совершенствуются приборы, такие как диоды, транзисторы, другие электронные приборы и создаются их новые классы. С другой стороны, на базе новых электронных приборов разрабатываются и выпускаются новые виды электронной аппаратуры для разнообразных областей применения.

Микроэлектроника явилась качественным результатом непрерывной миниатюризации электронной аппаратуры, стандартизации и унификации ее отдельных частей. Еще в эпоху электровакуумной электроники предпринимались шаги для уменьшения габаритов элементов электронной аппаратуры и создания конструктивно законченных унифицированных фунциональных узлов. Под последними понимают группы электронных элементов, способных выполнять определенные функции обработки сигналов: усиление, формирование, преобразование, генерирование и т.п. Такие конструктивно законченные узлы приобрели наименование модулей Создание ИС привело не только к техническому развитию электронных устройств в направлении их миниатюризации и уменьшения веса, но и явилось началом тех больших социальных изменений, которые обусловили современную революцию в микроэлектронике.

3. Современная микроэлектроника и перспективы ее развития

Перед микроэлектроникой стоят задачи:

1. Повышать качество уже выпускаемых изделий – надежность, снижение стоимости, рост % выхода.

2. Совершенствовать параметры изделий.

Для этого нужно:

1) Увеличивать степень интеграции

2) Увеличивать быстродействие

3) Снижать рассеиваемую мощность

Это позволит увеличить объем обрабатываемой информации.

Важнейший вопрос – увеличение степени интеграции, что сводится к уменьшению размеров элементов конструкции ИС. Существует два вида ограничений :

а) физические

б) технологические.

Статистическая воспроизводимость технологического процесса.

Пусть l – размер конструктивного элемента.

При l >> a, a – атомный размер, постоянная решетки (а ≅ 3Å)дискретность атомов не проявляется, тогда размер l макроскопичен. Материал рассматривается, как непрерывная среда.

При l ≅ a размер микроскопичен. Каждый атом или небольшая группа атомов рассматривается как самостоятельный объект.

При l = (10 –100)a объект мезоскопичен. Свойства такого объекта статистически неустойчивы. Или, другими словами: мезоскопические эффекты связаны со статической неопределенностью свойств изучаемых объектов.

Перспективы развития технологии цифровых ИС.

ГОДЫ	1992	1995	1998	2001	2004	2007	2010
Мин. размер, мкм	0.50	0.35	0.25	0.18	0.13	0.10	0.07
Площадь ИС (логика), см2	2.5	4.0	6.0	8.0	10.0	12.5	16.2
Площадь ИС (память), см2	1.3	2.0	3.2	5.0	7.0	10.0	14.0
Плотность дефектов, 1/см2	0.1	0.06	0.03	0.01	<0.01	<0.01	<0.01
Стоимость обра-ботки, USD/ см2	4.0	3.9	3.8	3.7	3.6	3.5	<3.5
Стоимость лито-графии, USD/см2	1.4	1.4	1.3	1.3	1.3	1.2	<1.2

4. Технологический процесс изготовления ИС.

Производственный процесс изготовления ИС можно разделить на три участка: участок формирования структур на пластине, участок сборки и участок выходного контроля. Технологические процессы изготовления изделий в большинстве своем непрерывно- дискретные. Непрерывные технологические процессы не могут быть прерваны до их окончания. В случае их прерывания раньше окончание процесса в большинстве случаев изделие уходит в брак. Например, аварийное отключение печей при проведении диффузионных процессов практически приводит к браку всей партии пластин. Дискретные технологические процессы разделяются на отдельные операции. Эти процессы можно останавливать на определенное для каждого процесса время и после некоторого перерыва можно продолжать далее. Последствия такого перерыва в ходе процесса практически не отражаются на качестве изготовляемых изделий. Технологический процесс изготовления ИС также принадлежит к непрерывно- дискретному, так как состоит из двух самостоятельных непрерывно-дискретных процессов изготовления полупроводниковых кристаллов со структурой ИС и их сборки. Изготовление структуры на кристалле включает непрерывные и дискретные процессы химической обработки пластины, процессы диффузии, литографии, напыления алюминия, разделения пластин на кристаллы. Каждый из этих процессов включает ряд технологических и контрольных операций.

Последовательность технологических операций при изготовлении ИС на пластине кремния с диэлектрической изоляцией.

Современные технологические процессы изготовления ИС очень сложны. Анализ процессов изготовления показывает, что они проводятся при температурах, изменяющихся в диапазоне от – 100оС(криогенное травление) до +1100оС (окисление, диффузия, отжиг после ионной имплантации и др.), при давлении от атмосферного до 10-7 мм.рт.ст. Столь широкие диапазоны вызваны необходимостью проведения с исходными материалами различных физических и химических процессов для получения структур ИС с удовлетворяемыми.

5.Физические основы технологии получения тонких пленок