1. Технология изготовления интегральных микросхем

1.1. Общие сведения об интегральных микросхемах

Развитие радиоэлектроники, усложнение радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), повышение требований к ней привели к необходимости использования очень большого числа элементов для изготовления аппаратуры. В частности, особенно много их требовалось для электронно-вычислительных машин. Создание таких машин, да и многих других типов РЭА из дискретных элементов, т. е. элементов, представляющих собой самостоятель­ные изделия (диоды, транзисторы, ре­зисторы, конденсаторы и др.), стадо практически невозможным. Подоб­ные ЭВМ и другие сложные типы РЭА создаются в настоящее время на основе микроэлектроники – с применением ин­тегральных микросхем, называемых ко­роче просто интегральными схемами (ИС) или микросхемами.

Переход к микроэлектронике произошел постепенно. Сначала в РЭА на дискретных элементах стали применять вместо старого навесного (объемного) монтажа печатные схемы. Они представ­ляли собой нанесенные на платы из диэлектрика соединительные провода в виде металлических пленок, к которым припаивались дискретные элементы.

Далее стали конструировать РЭА из модулей и микромодулей – смонтированных в миниатюрных корпусах устройств (усилители, генераторы, различные преобразователи и др.). Микромодули можно быстро заменять в случае отказа. Специально для таких микромодулей были разработаны миниатюрные диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки и другие элементы. В некоторых типах микромодулей использовались миниатюрные печатные схемы. Однако и микромодули не дали полного решения проблемы.

Огромный шаг вперед в создании сложнейших типов РЭА позволили сделать интегральные микросхемы. Интегральными они названы потому, что здесь все элементы или часть их и соединения между элементами нераздельно связаны и схема рассматривается как единое целое.

Основные типы микросхем – пленочные, в которых элементы и соедине­ния выполняются в виде различных пленок (проводящие, резистивные и диэлектрические) на подложке из диэлектрика, и полупроводниковые, элементы которых выполнены внутри и на поверхности полупроводниковой подложки, называемой кристаллом. При­меняются еще и так называемые гибридные микросхемы, у которых часть элементов дискретные. Эти элементы называются компонентами.

Главные достоинства ИС – малые размеры и масса, малая потребляемая мощность, высокая надежность за счет уменьшения числа паяных соединений, высокое быстродействие, так как при очень коротких соединительных линиях между элементами время пробега сигна­лов по этим линиям уменьшается, относительно низкая стоимость.

Наряду с большими достоинствами ИС имеют и некоторые недостатки. Прежде всего они являются маломощ­ными. Устройства повышенной мощ­ности на ИС сделать пока весьма трудно. Трудности возникают также при созда­нии больших емкостей и индуктивностей. Соединения между микросхема­ми делаются по старым принципам, занимают значительный объем и сни­жают надежность.

По числу элементов (степени интегра­ции) ИС подразделяются на несколько типов. Простые ИС имеют не более 10 элементов. В средних ИС число элемен­тов от 10 до 100. Большие ИС, или БИС, имеют от 100 до 1000 элемен­тов. И сверхбольшие ИС, или СБИС, насчитывают более 1000 элементов.

По характеру выполняемых функций ИС делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые ИС (триггеры, шифраторы, компараторы и др.), применяемые глав­ным образом в электронно-вычисли­тельной технике, характерны тем, что они работают в импульсном режиме и могут находиться в одном из двух резко различных состояний – согласно используемой в современных ЭВМ двоичной системе счисления (только две цифры – нуль и единица). Аналоговые ИС работают в таких режимах, когда изменения токов и напряжений происхо­дят непрерывно по тому или иному закону, например по синусоидальному. К аналоговым схемам относятся уси­лители, генераторы, различные преобразователи сигналов и др.

В БИС и СБИС при большом числе элементов применяются много­слойные (многоуровневые) структуры с несколькими подложками, расположен­ными параллельно друг другу в не­сколько этажей. Если очень много элементов ИС размещено даже на одной подложке, то межэлементные соедине­ния, называемые кратко межсоедине­ниями, также располагаются на разных уровнях, разделяемых диэлектрически­ми пленками. Такая система межсоеди­нений называется многоуровневой или многослойной разводкой.