Міністерство освіти і науки України

Технікум Кіровоградського Національного Технічного

Університету

Методичний збірник

для допомоги студентам у вивченні самостійних тем

з предмету «Мікросхемотехніка»

курс II, семестр IV

спеціальність 5.091504 " Обслуговування комп’ютерних

систем та мереж"

Розробив викладач: Л.М. Приходько

Розглянуто на засіданні

предметної комісії

обслуговування комп’ютерних

систем та мереж

Протокол № 2 від 12.09.2007 р.

Голова комісії Л.М. Приходько

Кіровоград – 2007 р

Урок № 3

(згідно робочої навчальної програми)

Тема: Виробництво інтегральних мікросхем

Питання: 1. Поняття «інтегральна мікросхема», «елемент ІС», «компонент ІС».

2. Виробництво інтегральних мікросхем.

Інтегральною мікросхемою (ІС) називається мікроелектронний виріб, що виконує певну функцію обробки сигналів і що має високу щільність розміщення електричносполучених елементів (або елементів і компонентів). Всі елементи мікросхеми і їх з'єднання виконані в єдиному технологічному циклі на загальній підкладці. Синонімами терміну «інтегральна мікросхема» є терміни «мікросхема» і «інтегральна схема».

Елементом ІС називається її частина, що виконує функцію транзистора, резистора або іншого електрорадіоелементу, виготовлена в єдиному технологічному циклі при створенні ІС і що не є самостійним виробом. Компонент ІС відрізняється від елементу тим, що він є самостійним комплектуючим виробом, який встановлюється в ІС в процесі її виготовлення.

Мікросхеми виготовляються методами інтегральної технології, що має наступні відмітні особливості.

1. Елементи, однотипні за способом виготовлення, зазвичай є або напівпровідникові р-n структури з декількома областями, що розрізняються концентрацією домішок (транзистори, діоди, резистори і ін.) або плівкові структури з провідних, резистивних і діелектричних плівок (резистори, конденсатори і ін.). При створенні цих елементів використовується обмежена кількість базових технологічних процесів. Основними з них є: а) епітаксиальне нарощування напівпровідникового матеріалу на кремнієвій підкладці; б) термічне окислення кремнію для отримання шару оксиду SiO₂, що захищає поверхню кристала від зовнішнього середовища; у) фотолітографія, що забезпечує необхідні конфігурації плівок (SiO₂, метал і т. п.) на поверхні підкладки; г) локальна дифузія—перенос домішкових атомів в обмежені області напівпровідника; д) напилення тонких (до 1 мкм) плівок провідного, резистивного і діелектричного матеріалу; е) нанесення товстих (більше 1 мкм) плівок з вказаних матеріалів шляхом використання спеціальних паст з їх подальшим випалюванням.

2. Одночасно в єдиному технологічному циклі виготовляється велика кількість однакових функціональних вузлів, кожний з яких, у свою чергу, може містити до сотень тисяч і більш елементів.

3. При створенні функціональних вузлів в багато разів (на декілька порядків) в порівнянні з традиційними методами виробництва апаратури дискретних елементах скорочується кількість технологічних операцій (особливо таких ненадійних і трудомістких, як збірка і монтаж елементів).

4. Розміри елементів і з'єднань між ними в більшості випадків зменшуються до технологічно можливих меж, обумовлених рівнем сучасного технологічного устаткування.

Рис.1. Пристрій інтегральної мікросхеми:

а—полупроводниковая ІС (1—кремнієва підкладка; 2— міжз’єднання ; 3 — контактний майданчик; 4—резистор; 5—транзистор); б—гібридна ІС (1 - діелектрична підкладка; 2— міжз’єднання; 3—конденсатор; 4—резистор; 5 — транзистор; 6—діод; 7—контактний майданчик)

5. Низьконадійне з'єднання елементів (виконані за допомогою паяння) виключаються і замінюються високонадійними з'єднаннями (шляхом металізації).

За технологією побудови сучасні ІС діляться на дві основні групи: напівпровідникові і гібридні.

Напівпровідниковою називається ІС, в якій всі елементи і міжз’єднання виконані в об'ємі і на поверхні напівпровідникової кремнієвої підкладки. Створюються такі ІС на біполярних і МДП-структурах.

Гібридною називається ІС, що містить пасивні елементи (резистори, конденсатори і ін.) і міжз’єднання у вигляді плівок, виконаних на

поверхні діелектричної підкладки, а також активні компоненти (діоди, транзистори, кристали безкорпусних напівпровідникових ІС і ін.).

Послідовність основних етапів побудови напівпровідниковою ІС ілюструє рис. 2. Початковим матеріалом для побудови напівпровідниковою ІС є пластини кремнію. Вирощений кристал кремнію (рис. 2, а) розрізають на пластины—шари із строго паралельними площинами (рис. 2, б).

Рис. 2. Послідовність основних етапів створення напівпровідникової ІС

Товщина пластин складає 200...300 мкм, діаметр 40...150 мм. Поверхня пластин ретельно врабатывается для отримання дуже високого ступеня чистоти поверхні. Отримання елементів і їх з'єднань на пластині (рис. 2, в) ведеться одночасно для великої кількості ІС. При цьому використовується ряд базових. технологічних процесів, які багато разів можуть повторюватися. Після створення елементів і міжз’єднань пластину розрізають на окремі частини (кристали), що містять елементи, з'єднання і контактні майданчики однієї ІС. При збірці такий кристал закріплюють в корпусі ІС, контактні майданчики сполучають з його виводами (рис. 2, г). Завершальною операцією при збірці ІС є герметизація корпусу (рис. 2,д).

Мікросхеми є основним видом елементної бази сучасної радіоелектронної апаратури. В порівнянні з іншими видами елементної бази (дискретні напівпровідникові, електровакуумні, газорозрядні прилади, радіодеталі) ИС мають ряд особливостей.