7.3.1. Методы нанесения плёнок и получение заданной конфигурации элементов.

а) Напыления (напыляемое вещество разогревается до испарения и затем осаждается на подложке). Применяется при тонкоплёночной технологии, где толщина плёнок 1 мкм.

Для получения заданной формы плёночной структуры используются два метода:

1. Метод фотолитографии;

2. Метод контактных бронзовых масок с окнами, через которые напыляется плёнка.

б) Толстоплёночные. Толщина плёнки >1 до 10 мкм.

Изготавливаются путём нанесения паст через специальные трафареты.

Гибридные ИС могут изготавливаться на заводе в виде лаборатории.

Выбор толстоплёночной или тонкоплёночной технологии определяется двумя условиями: величина тока и мощности схемы, а также диапазон рабочих частот.

7.4. Полупроводниковые интегральные схемы.

Подложка является активной.

а) Физико-химические явления в полупроводниках, которые используются в ИС:

- кинетические явления (токи) – диффузионные и дрейфовые токи.

- контактные явления (p-n переход, металл-полупроводник – выводы из полупроводника, контакт металл-диэлектрик-полупроводник – МДП структуры).

- поверхностные явления на примере МДП (создание, индуцирование каналов в поверхностном слое МДП транзистора).

б) Классификация полупроводниковых ИС по типу транзисторов: - биполярные ИС;

- МДП ИС;

- иногда бывают комбинированные.

7.4.1. Ис на биполярных транзисторах.

а) Подложка (полупроводник) – наиболее часто используют Si. Достоинства:

- ширина запрещенной зоны (ЗЗ) – малые тепловые токи;

- окисел SiO₂ является хорошим диэлектриком или изолятором.

б) Биполярный транзистор обычно используется с вертикальной структурой построения, т.к. удобно осуществлять соединения на поверхности полупроводника.

Быстродействие транзистора является временем , где - объёмное сопротивление коллектора, - ёмкость коллекторного перехода.

, уменьшается. Для этого создаётся n⁺ слой (хорошо проводящий), скрытый под коллектором. Кроме того n⁺ область выполняет функции экрана, изоляции от подложки.

В месте вывода коллектора при соединении металла (алюминия) с полупроводником может образоваться область с p-проводимостью, то есть может создастся ненужный p-n переход, сопротивление которого может быть различным и высоким, что не нужно в контакте. Для устранения этого создаётся n⁺ при контактной области. Главное – создать структуры транзистора такие, чтобы они позволили получить требуемые характеристики транзистора. Все остальные элементы строятся на основе этих структур.

в) Диод. В качестве диода можно использовать любой из p-n переходов транзистора, например эмиттерный.

г) Резистор. В качестве резистора можно использовать любую область.

д) Пинч-резистор.

Разброс номинала 100%.

е) Конденсаторы.

В качестве конденсатора можно использовать барьерную ёмкость p-n перехода, но надо учитывать то, что к нему надо прикладывать обратное напряжение и ёмкости получаются небольшими, исчисляемые сотнями пФ. Поэтому чаще используют МДП структуры:

Нижней обкладкой конденсатора является n⁺ эмиттерная область.

ж) Индуктивности.

Спирали из проводящих плёнок (так же, как и в гибридных ИС), но лучше использовать гираторы, но еще лучше не использовать индуктивности 

Изоляция элементов подложки.

а) Изоляция p-n переходами.

Создаётся область р.

б) Диэлектрическая изоляция.

Каждый элемент располагается внутри диэлектрической коробочки.

SiO₂ – самая хорошая изоляция. Самая плохая изоляция – резистивная (физическая).

Физическая – воздушная изоляция.

Ненужные части подложки вытравливаются, а конструкция держится за счёт мощных балочных выводов.

7.4.2. Планарные технологии.

Когда каждая структура элементов создаётся одновременно путём последовательных циклов (т.е. сначала создаются коллекторные, потом базовые и т.д.), причём все элементы в кристалле располагаются равномерно (планово), а соединения делаются на поверхности с помощью методов напыления проводящих плёнок (например алюминия).

7.4.3. Групповой метод.

Когда на одной пластине (5-7 см) создаются сотни тысяч однотипных ИС, определяются годные ИС (порядка 20%, т.к. с помощью случайных газо-фазовых методов), затем пластина разрезается (скрайбируется) на отдельные кристаллы – ИМС, и годные устанавливаются в корпус и т.д.

7.4.4. Методы создания структур в полупроводнике.

Диффузия, эпитаксия, окисление.

Диффузия – перемещение частиц в сторону их меньшей концентрации. Обычно разогревают диффундируемое вещество до температуры испарения и частицы проникают в полупроводник.

При диффузии концентрация диффундирующих частиц уменьшается.

Можно инвертировать тип проводимости.

Эпитаксия – это направленное наращивание за счёт кристаллизации полупроводника (доведенного до испарения) на другой полупроводник, когда кристаллическая структура одного полупроводника является продолжением кристаллической структуры другого.

Окисление – это получение слоя SiO₂.

Во всех ИС используются методы диффузии и окисления.

В названии типа ИС содержится способ изготовления и тип изоляции элементов. Так как при изготовлении всех типов ИС используется диффузия, то это слово не используется. Планарная ИС на БПТ с изоляцией p-n перехода (т.е. для изготовления используется только диффузия). Планарно-эпитаксиальная биполярная ИС с диэлектрической изоляцией (т.е. используется и диффузия и эпитаксия).

57