Напівпровідникові інтегральні мікросхеми

Напівпровідникові інтегральні мікросхеми -- мікроелектронні вироби, комплект радіодеталей та міжз'єднань в яких виконується в об'ємі, або на поверхні кристалу напівпровідника. В якості основи напівпровідникових ІМС можуть використовуватись будь-які напівпровідникові матеріали, такі як: електролюемінісцентні, магнітострикіційні, електрострикційні, феромагнітні, фероелектричні, теромоелектричні і т.д. Але перевагу надають кремнію та германію -- матеріалам, що володіють найбільш доскональною структурою.

Області с потрібними електричними властивостями (резистивні, ємкісні, активні елементи) створюються шляхом внесення в кристал локальних неоднорідностей шляхом дифузії домішок. Виробництво напівпровідникових ІМС дозволило різко підвищити щільність монтажу до мільйона деталей в одному кубічному дециметрі завдяки розробці та ВНЕДРЕНИЮ принципово нових технологічних процесів, це -- дифузія з газової фази, метод оксидних масок, променевої літографії і т.д.

Переваги напівпровідникових ІМС:

• Висока щільність монтажу;

• Висока надійність, що обумовлена зменшенням числа міжз'єднань;

• Можливість широкої комплексної автоматизації процесу проектування та виготовлення;

• Можливість виконання контролю параметрів в процесі виробництва (автоматизованого контролю);

• Стійкість до механічним навантаженням, що обумовлено малими розмірами та малою вагою.

Недоліки:

• Не всі функціональні пристрої можуть бути реалізовані в ІМС (потужні схеми передавачів);

• Менша гнучкість розробок;

• Висока вартість розробок та виробництва.

• Вимагає складного обладнання;

• Практично неремонтнопридатність.

Основні етапи процесу виробництва

Вихідний матеріал для виробництва кремній і германій -- це матеріали мінерального походження і існують вони в полікристалічному стані з великим вмістом домішок, тому для отримання кристалів, що могли б використовуватись для виробництва напівпровідникових ІМС, ці матеріали вимагають очистки, та перетворення в монокристал.

I. етап: очистка напівпровідникових матеріалів. Передбачає видалення з матеріалу різних домішок. Існують наступні методи очистки:

1й Метод направленої кристалізації. Температура в печі близько 1000°С. Принцип заснований на кристалізації чистого провідника та прагнення домішок залишитись в розплавленій зоні.

2й Метод: Зоного плавлення. ВЧ індуктор нагріває брусок та переміщуючись вздовж нього, переміщує домішки в кінець злитку.

II. етап: отримання монокристалу. Полікристалічний напівпровідниковий матеріал не може бути застосований в виробництві напівпровідникових ІМС через недоскональну структуру, у зв'язку з чим неможливо забезпечити рівномірне розподілення домішок. Тому очищений полікристалічний матеріал необхідно перетворити в монокристал. Існують наступні способи:

1й спосіб: Метод Чохральського. В розплавлений кремній або германій ,температура якого на декілька градусів перевищує температуру плавлення напівпровідника ,занурюють монокристалічну затравку, що має певну кристалографічну орієнтацію, потім обертаючи затравку повільно піднімаючи її з розплаву. Якщо підтримувати визначені режими (температурні співвідношення, швидкість обертання і витягання) то на затравці буде нарощуватись монокристал,який повторює структуру затравки.

2й спосіб: Зонна плавка. Практично це той самий метод очистки, але з використанням затравки на одному кінці човника і при переміщенні рідкої фази вздовж бруска полікристал переростає в монокристал.

3й спосіб: Метод Дендріда. Заснований на методі Чохральського, але тут пропонується при витяганні монокристалу з розплаву переохолоджувати зону стикання затравки з розплавом і витягання проводити з більшою швидкостю.