загрузка...
загрузка...
На головну

Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

  1. Гібридні інтегральні мікросхеми
  2. Гібридні інтегральні мікросхеми
  3. ІНТЕГРАЛЬНІ МІКРОСХЕМИ тригерів
  4. Інтегральні мікросхеми, основні логічні елементи (схеми).
  5. ІНТЕГРАЛЬНІ СТАБІЛІЗАТОРИ напруги
  6. Інтегральні схеми стабілізаторів напруги
  7. Інтегральні схеми.

Напівпровідникові інтегральні мікросхемиявляють собою функціональні вузли, виконані на одному кристалі напівпровідника різними технологічними прийомами обробки напівпровідникових матеріалів.

Мініатюризація з використанням напівпровідникових мікросхем є більш складним процесом, ніж мініатюризація із застосуванням плівкових і гібридних мікросхем.

Основними напівпровідниковими матеріалами, використовуваними для виготовлення твердих мікросхем, є кремній, германій і сапфір. Найбільшого поширення набули мікросхеми, виконані на кристалі кремнію, так як його фізико-хімічні властивості краще, ніж германію. Так, наприклад, використання кремнію дозволяє значно (майже в 2 рази) розширити інтервал робочих температур ^ - «- переходу (до 150 ° С); зворотний струм р-л-переходу у кремнію в тисячу разів менше, ніж у германію. Крім того, на поверхні кремнію відносно легко можна отримати тонку окисну плівку, яка служить захисним покриттям при проведенні ряду технологічних процесів і оберігає готову мікросхему від впливу зовнішнього середовища. Кремній краще обробляється, має велике об'ємне питомий електричний опір (до 10 000 Ом-см) і ін.

Кремній одержують у вигляді монокристалічних злитків восьми груп, кожна з яких має марки з літерними позначеннями типу провідності, наприклад КЕФ - кремній електронної провідності (я-типу), легований фосфором; КДБ - кремній доречний провідності (Р-типу), легований бором.

Стрижневі монокристали напівпровідників розрізають алмазної пилкою на пластинки (підкладки), які потім шліфують на спеціальних верстатах до товщини 0,2 ... 0,5 мм і полірують алмазною пастою.

На підкладці за допомогою напівпровідникової технології (методами дифузії, гальванічного осадження, вакуумного напилення, травлення, фотолітографії) отримують області з різною провідністю, еквівалентні або ємності, або активним опорам, або напівпровідникових приладів різного типу. Зміна концентрації домішок в різних частинах монокристаллической пластини дозволяє за один технологічний цикл отримати багатошарову структуру, що відтворює задану електричну схему.

В даний час все частіше використовуються групові методи виготовлення напівпровідникових інтегральних мікросхем, що дозволяють за один технологічний цикл отримати кілька сотень заготовок мікросхем. Найбільшого поширення набув груповий пленарний метод, який полягає в тому, що елементи мікросхем (діоди, транзистори, конденсатори, резистори) розташовуються в одній площині або на одній стороні підкладки.

Основні технологічні етапи отримання напівпровідникових мікросхем представлені на рис. 3.11. Найпоширенішим методом виготовлення елементів в мікросхемі (поділу ділянок мікросхеми) є ізоляція окисною плівкою, одержуваної в результаті термообробки поверхні кристала (підкладки).

Для отримання ізолюючих /? - «- Переходів на підкладці кремнієвої пластини 1 її обробляють протягом декількох годин в окислювальному середовищі при температурі 1000 ... 1200 "С. Під дією окислювача епітаксіальний напівпровідниковий поверхневий шар 2 кремнію окислюється. Товщина окисної плівки 3 становить кілька десятих часток мікрона. Плівка перешкоджає ро

 проникненню в глиб кристала атомів іншої речовини. Однак якщо видалити плівку окису з поверхні кристала в певних місцях, то за допомогою дифузії або інших методів можна ввести в епітаксіальний шар кремнію домішки і отримати ділянки різної провідності. Після отримання окисної плівки на підкладку наносять світлочутливий шар - фоторезист 4. В подальшому шар фоторезиста використовують для отримання на ньому малюнка фотошаблона 5 відповідно до топології мікросхеми.-

Перенесення зображення з фотошаблона на окислену поверхню кремнієвої пластини, покриту шаром фоторезиста, найчастіше проводиться за допомогою фотолітографії. Експонування фоторезиста здійснюється ультрафіолетовим світлом, після чого підкладку з витримано малюнком проявляють. Ділянки, які висвітлювалися, розчиняються в кислоті, оголюючи поверхню оксиду кремнію 6, а ділянки, що не експонувалися, кристалізуються і стають нерозчинними 7. Отриману підкладку з нанесеною на ній рельєфною схемою розташування ізолюючих р-л-переходів промивають і сушать. Після травлення незахищених ділянок окису кремнію захисний шар фоторезиста видаляють хімічним способом. Таким чином, на підкладці отримують «вікна», вільні від двоокису кремнію. Такий спосіб отримання малюнка схеми називається позитивним.

Далі через оголені ділянки 6 підкладки методом дифузії вводять домішки атомів бору або фосфору, які створюють ізолюючий бар'єр 8. Дифузія проводиться в спеціальних печах при високій температурі близько 1200 "З протягом декількох годин. Потім на отриманих ізольованих один від одного ділянках підкладки методами вторинної дифузії, травлення, нарощування або іншими отримують активні і пасивні елементи схеми і струмопровідні плівки 9.

Розглянемо деякі способи виготовлення елементів напівпровідникової інтегральної мікросхеми.

резистори в напівпровідникових інтегральних схемах можуть бути отримані за рахунок використання об'ємного опору окремих ділянок напівпровідникового матеріалу (об'ємні резистори), окремих ізольованих ділянок напівпровідникового матеріалу з введенням в ці ділянки дифузійним або іншим методом додаткових домішок (дифузійні резистори), а також шляхом поверхневого осадження на підкладку плівки полікристалічного кремнію (плівкові резистори).

Вибір типу напівпровідникового резистора для інтегральної схеми залежить від його опору, точності виготовлення, робочої напруги, потужності, методів ізоляції в кристалі схеми та ін. Найбільшого поширення набули об'ємні і дифузійні резистори.

Об'ємні резистори отримують шляхом накладення на поверхню рівномірно легованого кристала кремнію контактів з висновками. Опір резистора визначається за формулою

де р - питомий опір матеріалу; / - Довжина ділянки поверхні кристала; s - Поперечний переріз ділянки.

Оскільки електричні властивості резисторів визначаються головним чином матеріалом кристала, об'ємні резистори мають невеликі власні шуми, хорошу лінійність, високий температурним коефіцієнт опору (ТКС) і хорошу стабільність в часі.

Цей метод дозволяє отримати резистори з опором до 40 кОм. Основна проблема, пов'язана із застосуванням об'ємних резисторів, полягає в тому, що зазвичай потрібні додаткові операції, необхідні для ізоляції резисторів від інших елементів, що розміщуються на кристалі.

Дифузійні резистори отримують шляхом локальної дифузії домішок на невелику глибину кристала. Цим методом можна отримати резистори з номінальним опором від 10 до 50 кОм. Дифузійні резистори виконують з точністю 10 ... 20% і з температурним коефіцієнтом опору 0,1 ... 0,3 1 / ° С. При необхідності можуть бути отримані кілька поверхневих резисторів на одній підставі, що має окремі ділянки, ізольовані один від одного прорізними канавками або виконані у вигляді хвилястої смужки. На кінцях резистивной смужки напилюється висновки і контактні площадки.

конденсатори для напівпровідникових інтегральних мікросхем характеризуються величиною ємності на одиницю поверхні кристала, опором ізоляції, поляризацією, коефіцієнтом втрат і температурним коефіцієнтом ємності. Основною трудністю при їх виготовленні є отримання високого значення ємності на одиницю поверхні кристала. Ця трудність є загальним недоліком для всіх методів виготовлення конденсаторів напівпровідникових інтегральних схем.

В якості конденсаторів постійної ємності в напівпровідникових інтегральних схемах використовують р-п- і я-р-переходи. Найбільшою ємністю володіють емітерний переходи, які набули широкого поширення. Ємність такого переходу залежить від прикладеної напруги. Так, при напрузі 2 ... 3 В ємність переходу може становити 500 ... 800 пФ / мм2.

При підвищених вимогах до параметрів конденсатора, а також у разі неможливості дотримання полярності його включення застосовуються конденсатори з МОП-структурою (метал - оксид - напівпровідник), в яких в якості діелектрика використовується шар оксиду кремнію на поверхні конденсатора. Дифузійний базовий шар служить нижній обкладанням, а плівка алюмінію, напилення при формуванні з'єднань в схемі, - верхній обкладанням конденсатора. Ємність таких конденсаторів може досягати 20 000 пФ при робочих напругах до 300 В.

Збільшення ємності конденсаторів для інтегральних схем можна забезпечити шляхом застосування багатошарових конденсаторів, виготовлених методом тонкопленочной технології. Ємність таких конденсаторів може бути до 1 мкФ / см2.

Діоди і транзистори в напівпровідникових мікросхемах мають найбільш просту технологію виготовлення. Для створення на напівпровідниковій пластині активних елементів застосовують планарную і планарно-епітаксійних технології (з рівномірним розподілом домішок в напівпровідниковому шарі).

Існує три варіанти розташування областей приладу: з вертикальною структурою, коли емітер Е, база Б і колектор К розташовуються на підкладці один над одним; структура з бічної инжекцией, коли всі області розташовані на підкладці поруч; структура, в якій підкладка використовується в якості однієї з цих областей. Найбільш технологічною є структура з бічної инжекцией, що дозволяє зменшити число технологічне

ких операцій та полегшити формування висновків від активних областей.

У напівпровідникових інтегральних схемах використовуються біполярні, уніполярні (польові) або МОП-транзистори. Найбільш досконалою є технологія отримання МОП-транзисторів з р-п- / (- Переходом, в яких між металевим затвором і проводять областями витоку і стоку розташований товстий шар двоокису кремнію. Така технологія дозволяє знизити відсоток браку і підвищити надійність інтегральної схеми.

Зазвичай технологія отримання напівпровідникових інтегральних схем включає в себе 15 ... 20, а іноді і більше операцій.

Після отримання всіх компонентів схеми і витравлення плівки оксиду з тих місць, де будуть знаходитися висновки компонентів, напівпровідникова схема покривається плівкою алюмінію методом напилення або гальванічного осадження. Внутрісхемние з'єднання отримують за допомогою фотолітографії з подальшим травленням.

В процесі єдиного технологічного циклу на підкладці виготовляють велику кількість однотипних інтегральних схем, після чого пластини розрізають на окремі кристали, кожен з яких містить готову мікросхему. Кристали приклеюють до держателю корпусу, а електричні контакти мікросхеми методами пайки, зварювання та термокомпрессіі з'єднують з висновками дротяними перемичками. Готові мікросхеми при необхідності герметизують (див. Підрозд. 3.4).

Промисловість випускає велику номенклатуру напівпровідникових інтегральних мікросхем. Так, наприклад, кремнієві мікросхеми серії 104 з діод-транзисторними зв'язками призначені для роботи в логічних вузлах ПК і вузлах автоматики, а германієві напівпровідникові мікросхеми з безпосередніми зв'язками типу Р12-2 є універсальними логічними переключающими елементами НЕ-АБО (мікросхема виконується в металлостеклянном корпусі діаметром 3 мм і має масу 24 мг).

Розглянемо як приклад технологію виготовлення напівпровідникової інтегральної мікросхеми - амплітудного діодного детектора. Його схема (рис. 3.12, а) складається з діода VD і навантаження (резистора R і конденсатора С). На рис. 3.12, б показаний зовнішній вигляд мікросхеми, виконаної на базі кремнієвого кристала. Щоб більш наочно виділити різні області напівпровідникового кристала, на його модель накладені відповідні деталі електричної схеми. Область /, що має циліндричну форму, використовується в якості діода, велика прямокутна область 3 здійснює функції конденсатора, а вузький прямокутний брус 2 - Резистора. Розміри кристала 0,31x0,47 мм.

Етапи технологічної обробки мікросхеми детектора представлені на рис. 3.13. Як заготовки використовується прямокутна кремнієва пластинка - підкладка 1 з дифузійним поверхневим шаром 2 «-типу (Див. Рис. 3.13, /).

Спочатку підкладку цілком покривають захисним матеріалом (окисом кремнію), а потім відповідно до малюнком схеми очищають певну ділянку від окису кремнію. Потім підкладку занурюють в травильний розчин. Після закінчення травлення на підкладці утворюється паз 3 (Див. Рис. 3.13, II).

При подальшій обробці певні ділянки поверхні знову покривають захисним матеріалом, після чого підкладку знову занурюють у слабкий розчин для травлення. Зовнішній вигляд кристала після цієї операції показаний на рис. 3.13, III. При повторному травленні на кристалі утворюються великий піднятий над підставою прямокутник 4, є конденсатором, і невелику ділянку циліндричної форми - діод 5.

Прикінцевими операціями є напилення контактів і припаює висновків для чотирьох областей (див. Рис. 3.13, IV).

 



Попередня   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   Наступна

Трансформатори | напівпровідникові прилади | Умовні позначення напівпровідникових діодів | Правила монтажу і експлуатації напівпровідникових приладів | Класифікація та позначення транзисторів, правила монтажу та експлуатації | перемикачі | роз'єми | Основні напрямки розвитку мініатюризації і микроминиатюризации радіоелектронної апаратури та приладів | Уніфіковані функціональні модулі та мікромодулі | Плівкові інтегральні мікросхеми |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати