14

Тема 12 Производство полупроводниковых интегральных микросхем

План лекции:

1. История развития электроники

2. Классификация интегральных микросхем

3. Технология полупроводниковых интегральных микросхем

1. История развития электроники

Электронное оборудование стало меньше по размерам, легче, надежнее и дешевле, чем аналогичное по назначению на электронных лампах. Однако со временем именно электронное оборудование и способ его изготовления перестали удовлетворять темпам развития науки и техники.

Следующий шаг электроники связан с развитием микроэлектроники, которая основывается на использовании интегральных микросхем.

В 1959 г. Дж. Килби и Г. Нойс независимо друг от друга заявили миру о изобретения, которые заключались в том, что на одном кристалле кремния построена целая электронная схема. Такие схемы стали называть интегральными.

Первые микросхемы были изготовлены на кристаллах площадью несколько квадратных миллиметров. Наступил период усовершенствования технологии изготовления ИМС: уменьшение площади, которую занимает микросхема; улучшение ее качества и надежности; уменьшение себестоимости.

С изобретением интегральных микросхем появились электронные часы, которые сделали переворот в структуре часовой промышленности. Ручные часы с продукции точного машиностроения перешли к продукции электронной промышленности. Механические арифмометры и логарифмические линейки заменили на карманные калькуляторы.

Возрастает значение микроэлектроники в промышленности: в процессе сварки, выполнение монотонных работ. Микроэлектроника играет важную роль также во время сборки изделий, в системах контроля, учета и распределения продукции и т.д.

2. Классификаций интегральных микросхем

Интегральная микросхема - (ИС) - это совокупность электрически связанных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготовленных в едином технологическом цикле на единой полупроводниковой основе (подложке).

Интегральные микросхемы разделяют на отдельные классы по следующим признакам: технологии изготовления, степени интеграции, функциональному назначению.

І. По технологии изготовления. Все интегральные микросхемы разделяют на полупроводниковые, пленочные и гибридные.

1. Полупроводниковые ИМС изготавливают в приповерхностном слое монокристаллов (кремния, арсенида галлия) особой чистоты. В отдельных местах монокристалла его структуру перестраивают так, что эти места становятся элементами сложной системы, которой является ИМС. В полупроводниковых ИМС все элементы и соединения изготовлены в объеме и на поверхности полупроводникового монокристалла. Часть монокристалла размером 1 мм² превращается в сложный электронный прибор, который заменяет блок с 50-100 и более обычных радиотехнических деталей.

2. Пленочные ИМС изготавливают нанесением различных веществ в виде пленок на поверхность подложки, изготовленной из стекла или керамики.

Пленочные ИМС разделяют на тонкопленочные (толщина пленочных элементов <1 мкм) и толстопленочные (толщина >1 мкм).

Тонкопленочные ИМС получают осаждением пленок из различных веществ на нагретую до определенной температуры полированную подкладку.

Для получения пленок чаще всего используют алюминий, титан, титанат бария, оксид олова и др.

В толстопленочных ИМС элементы формируют продавливанием специальных паст через трафареты с последующим спеканием при высоких температурах. В таких структурах один из слоев содержит резисторы, второй - конденсаторы, другие слои выполняют роль проводников тока и других элементов. Все элементы соединены между собой и образуют конкретное электронное устройство.

3. Гибридные ИМС состоят из пленочных и полупроводниковых элементов. Такие микросхемы монтируют на стеклянной или керамической подложке: пассивные элементы изготавливают в виде металлических и диэлектрических пленок, активные «навешивают» на пленочную схему. Таким образом получают гибридные ИМС (ГИМС). Гибридные ИМС большей сложности называют большими. их используют в регуляторах электрических двигателей.

На сегодня наиболее широко используют полупроводниковые и гибридные ИМС.

Сложность интегральной микросхемы характеризуется показателем, который называют степенью интеграции.

II. По степени интеграции интегральные микросхемы (ИМС) разделяют на малые (МИМС), средние (СИМС), большие (БИМС) и сверхбольшие (СБИМС) (табл. 4):

Таблица 4

Количество элементов в микросхеме	Название и обозначение микросхем	Время создания микросхемы
10-100 102-103 103-104 104-105 105-106	малые (МИМС) средние (СИМС) большие (БИМС) сверхбольшие (СБИМС) сверхбольшие (микропроцессоры)	начало 60-х годов конец 60-х-70-е годы конец 70-х годов начало 80-х годов 90-е годы