№	Сұрақ
1	Микроэлектроникаға жалпы сипатттама. Микроэлектрониканың даму тарихына сипаттама беріңіз
2	Микроэлектроника өнімдері және интеграл микросхемалар классификациясын түсіндіріңіз
3	Интеграл микросхемалардың белгілену системасын түсіндіріңіз
4	Шалаөткізгіштіктегі кинетикалық құбылыстарды түсіндіріңіз
5	Шалаөткізгіштіктегі контакт құбылыстарды түсіндіріңіз
6	Шалаөткізгіштіктегі беттік қабық құбылысын түсіндіріңіз
7	Жұқа қабықты құрылымдарда заряд тасымалдаушылар механизмін түсіндіріңіз
8	Микроэлектрондық құрылымдарды жаратуда негізгі базалық физико-химиялық әдістерге сипаттама беріңіз
9	Элементтердің p-n ауысуы изоляциялаған планарлы-диффузиялық әдісін түсіндіріңіз
10	Элементтердің резистивті изоляциясы бар планарлы-диффузиялық әдісін түсіндіріңіз
11	Элементтердің p-n ауысуы изоляциялаған планарлы-эпитакциалдық әдісін түсіндіріңіз
12	Элементтердің диэлектрикті изоляцияланған планарлы-эпитакциалдық әдісін түсіндіріңіз
13	Биполярлы интеграл микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
14	Металл-диэлектрик-шалаөткізгішті интеграл микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
15	Шалаөткізгіштік интеграл микросхемаларды герметизациялау. Шалаөткізгіштік интеграл микросхемаларды құрастыруды түсіндіріңіз
16	Гибридті интеграл микросхемалар конструкциясын түсіндіріңіз
17	Қалың кабықты гибридті интеграл микросхема элементтерін түсіндіріңіз
18	Жұқа кабықтарды алу әдістерін түсіндіріңіз
19	Интеграл микросхемалар үшін төсенішке (подложка) сипаттама беріңіз
20	Жұқа қабықты резисторларды түсіндіріңіз
21	Жұқа қабықты конденсаторларды түсіндіріңіз
22	Жұқа қабықты интеграл микросхемалардағы индуктивті элементтерге сипаттама беріңіз
23	Гибридті интеграл микросхемалар үшін корпустарға сипаттама беріңіз
24	Интеграл микросхемаларды жобалауда бастапқы және схематикалық деректерді түсіндіріңіз
25	Интеграл микросхемаларды жобалауда технологиялық және конструкциялық деректерді түсіндіріңіз
26	Жобалау топологиясы және гибридті интеграл микросхемалар конструкциясын түсіндіріңіз
27	Үлкен интегралдық микросхемалар негізгі параметрлері және жалпы сипаттамасын түсіндіріңіз
28	Үлкен интегралдық микросхемаларды қолдану және классификациясын түсіндіріңіз
29	Үлкен интегралдық микросхемалардағы база элементтерін түсіндіріңіз
30	Шалаөткізгіштік үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясы және конструкциясын түсіндіріңіз
31	Жеке кристаллдардағы үлкен интегралдық микросхемаларды түсіндіріңіз
32	Гибридті үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясы және конструкциясын түсіндіріңіз
33	Жұқа қабықты гибридті үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
34	Қалың қабықты гибридті үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
35	Көп қабатты керамика негізіндегі гибридті үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
36	Жұқа қабықты полиимид негізіндегі гибридті үлкен интегралдық микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз
37	Үлкен интегралдық микросхемаларды жобалаудың негізгі этаптарын түсіндіріңіз
38	Үлкен интегралдық микросхемаларды жобалау ерекшеліктерін түсіндіріңіз
39	Үлкен интегралдық микросхемаларды жобалаудың негізгі мәселелері және кедергілерін түсіндіріңіз
40	Интегралдық микросхемалардың схематехникалық ерекшеліктерін түсіндіріңіз
41	Биполярлы транзисторлы сандық интегралды микросхемалардың негізгі типтерін түсіндіріңіз
42	Микроқуатты логикалық интегралдық микросхемаларға сипаттама беріңіз
43	Сандық микросхемалар дамуына сипаттама беріңіз
44	Шалаөткізгіштік сандық электрониканың элементтерін түсіндіріңіз
45	Импуьсті сигнал және оның негізгі сипаттамаларын түсіндіріңіз
46	Импульсті сигналдардың жіберілуі мен түрлендіруін түсіндіріңіз
47	Комбинациялық логиканың элементтерін түсіндіріңіз
48	Интегралды схемалардың базалық логикалық элементтерін түсіндіріңіз
49	Триггерлер. Санағыштар. Регистрлер. Осыларға анықтама беріңіз
50	Мультиплексор және демультиплексорға сипаттама беріңіз
51	Шифраторлар және дешифраторларға сипаттама беріңіз
52	Сумматорлар және суммалаушы құрылғыларды түсіндіріңіз
53	Санды-аналогтық түрлендіргіштерді түсіндіріңіз
54	Аналогты-сандық түрлендіргіштерді түсіндіріңіз
55	Электрондық есте сақтау құрылғыларын түсіндіріңіз
56	Аналогтық интеграл микросхемалардың негізгі типтерін түсіндіріңіз
57	Микропроцессор. Микропроцессорлы жүйе туралы түсіндіріңіз
58	Өте жоғары жиілікті диапазонда интегралдық микросхемаларға сипаттама беріңіз
59	Интегралдық микросхемалар сапасы және сенімділігі. Интегралдық микросхемаларды тексеру түрлері және категориясын түсіндіріңіз
60	Интегралдық микросхемалар және үлкен интегралдық микросхемаларды қолдану негіздерін түсіндіріңіз

1. Микроэлектроникаға жалпы сипатттама. Микроэлектрониканың даму тарихына сипаттама беріңіз Микроэлектроника – электрониканың аймағы, зерттеудің, құрастырудың, дайындаудың және микроэлектронды бұйымды (изделие) қолдананудың мәселесін қамтиды, әрі микроэлектронды бұйыммен жоғары дәрежелі бірігудің (интеграция) электронды құрылғысын түсінеді. Микроэлектроника электронды аппаратураның сенімділігін жоғарылатуға, оның габаритін, салмағын, қолданатын энергиясын және құнын анағұрлым азайтуға мүмкіндік береді. Микроэлектроникада дискретті радиокомпонентті қолданудан бас тартады. Қатты дене физикасының жетістігін пайдаланып, сверхчистый материалдардың металлургиясы және электронды машина жасау сапалы жаңа технологияның негізінде, қатты дененің микрокөлемінде қиын электронды түйіндерді –интегралды микросхемаларды қалыптастырады.

Интегралды микросхема деп белгілі функцияны түрлендіруді және сигналды өңдеуді ( немесе ақпаратты жинауды) орындайтын және электрлі жалғасқан элементтердің (немесе элементтердің және компоненттердің) упаковкасының жоғары тығыздығына және кристаллдарға ие болатын микроэлектронды бұйымды (изделие) айтамыз. Интегралды микросхеманың элементі деп қандай да бір электрорадиоэлементтің (мысалға, транзистордың, диодтың, резистордың, конденсатордың) функциясын жүзеге асыратынИМС бөлігін айтамыз. Бұл бөлігін ИМС кристаллынан бөлек емес орындайды. Элемент дербес бұйым ретінде ИМС – дан бөлек болуы мүмкін емес, сондықтан оны

Интегралды схемаларды бірінші өңдеу 1958 - 1960 жж. қатысты. Отандық интегралды микросхемалар 1960 - 1961 жж. Пайда болады. 1961- 1963 жж. Америкалық фирмалар қарапайым жартылайөткізгішті микросхемаларды шығара бастады. Сол уақыттарда пленкалы интегралды микросхемалар өңделе бастады. Бірақ электрлі сипаттамасы бойынша тұрақты пленкалы активті элементтерді өңдеудегі біраз сәтсіздіктер гибридті интегралды микросхемаларды артықшылықты өңдеуге алып келді.

Микроэлектрониканың дамуының үш кезеңін көрсетуге болады. 60 – шы жылдарға қатысты бірінші кезең, 100 мкм реті арқылы элементтердің минималды өлшемі бойынша және 10 – 100 элементтер/кристаллдардың интеграция дәрежесі бойынша микросхемаларды өңдеумен сипатталады Екінші кезең, 60 – шы жылдардың екінші жартысына және 70 – ші жылдардың бірінші жартысына қатысты , 100 – 10000элемент/криссталлдардың біріктірудің дәрежесімен микросхеманы құрумен сипатталады және 100 – ден 3 мкм–ға дейін элементтердің минимум өлшемі. Осы кезеңде әсіресе тез қарқынмен дамыды және сериялық өндірістеүлкен интегралды схемалар (БИС) меңгерілді. 70 – жылдардың екінші жартысын басталатын үшінші кезең, 1 – 0,1 мкм элементтердің минималды өлшемі бойынша және 10⁴ – 10⁶элементтер/кристаллдардың интеграция дәрежесі бойынша микросхемаларды өңдеумен сипатталады. Бұл кезеңде аса үлкен интегралды схемалар (СБИС) және микропроцессорлар тез қарқынмен өңделеді.

2. Интегралды микросхемалардың классификациясы және микроэлектрониканың өнімі (изделие)

Қазіргі микроэлектрониканың негізгі мәселесі интегралды микросхеманың базасында жоғарысенімді азгабаритті радиоэлектронды аппаратураны (РЭА) құру болып табылады. Мұндай РЭА өңдеу оның барлық элементтерінің комплексті ықшамдығын қарастырады, яғни аппаратурада интегралды микросхемадан, азгабаритті детальдан, жалғасқан элементтерден, қорек көзінен және басқа радиокомпоненттерден басқасын қолдану.

Осыған байланысты барлық микроэлектронды өнімдерді үш топқа бөледі

Интегралды микросхемалар;

Функционалды құрылғылар және микросхемалар;

Құрылымды – қосымша өнім (изделия);

Интегралды микросхемалар микроэлектрониканың элементті базасы болып саналады, басым көпшілік аппаратуралық функцияларды жүзеге асыруға арналған. Олардың элементтері кәдімгі ұқсас радиожабдықтар және құрылғылар, жалпы подложканың сыртында немесе ішінен орындалған және біріккен, өз араларында электрлі жалғасқан және жалпы корпуста жасалған. Элементтердің бөлігін немесе барлығын межэлементті жалғасу және элементтерді дайындауда бірыңғай технологиялық процессте топтық әдістерді қолданумен құрылады.

Қазіргі уақытта көп санды әр түрлі функционалды белгілеу бойынша,есептегіш және радиолокационды техниканың және т.б. байланыстар, құрылғы және автоматиканың жүйесі құрылуы мүмкін,интегралды микросхемалар (мультивибраторлар, триггерлер, логикалық схемалар, күшейткіштер, дешифраторлар, араластырғыштар, шектегіштер, микропроцессорлар және т.б.) өңделді.

1 сурет. Микроэлектрониканың негізгі өнімдері (изделия)

Микропроцессорлар кең таралған. Микропроцессорлар, жартылай өткізгішті микросхеманың бір немесе бірнеше кристаллдарында орындалған, кәдімгі ЭВМ процессор болып табылады.Микропроцессорлар ЭВМ – нің жаңа класының, микро – ЭВМ деп аталатын,маңызды функцияналды бөліктеріне қызмет етеді. Олар әдетте біріктірудің жоғарғы дәрежесіне ие болады және үлкен немесе аса үлкен интегралды схемаларды көрсетеді (представляют собой).

Аппаратураның шағындығының деңгейін жоғарылату үшін микросборкалар және микроблоктар қолданылады.

Микросборка – бұл интегралды микросхемалардан (корпусты және корпуссыз) және элементтерден, компоненттерден, басқа да электрорадиоэлементтерден тұратын және белгілі функцияны орындайтын микроэлектронды өнім. Микросборка өзінің корпусына ие болуы да болмауы да мүмкін.

Микроблок – бұл микросборкадан басқа интегралды микросхемалары және компоненттері бар, микроэлектронды өнім.

3. Интегралды микросхемалардың белгілеуінің жүйесі.

Интегралды микросхемалар электронды аппаратураның барлық түрі үшін элементті база болды. Әр түрлі аппаратураларды (сандық, аналогты және комбинирленген – аналогты – сандық) құру үшін, ал олардың функционалды толық жүйелері (серии), бөлек емес микросхемалар қажет. Сондықтан электронды аппаратураның элементті базасын интегралды микросхемалардың сериялары –әр түрлі функцияны орындайтын, бірыңғай құрылымды – технологиялық базаға ие және аппаратурада бірге қолдану үшін арналғанИМС жиынтығынан тұрады.

Типономиналмен интегралды микросхемамен нақты функционалды белгілеу және өзінің шартты белгілері бар ИМС түсінеді. Интегралды микросхеманың типімен нақты функционалды белгілеу және өзінің шартты белгілері бар ИМС типономиналдардың жиынтығымен түсінеді. Серияның құрамы функционалды толық бөлек микросхемалармен анықталады. Функционалды белгілеуге және серияны қолдану аймағына тәуелді үш – төрттен бірнеше ондаған микросхемалардың әр түрлі түрлерін құрай алады. Уақыт өтуімен перспективті сериялардың құамы кеңейеді.

Барлық шығарылатын интегралды микросхемалар құрылымды – технологиялық бойынша шартты белгілер қабылданғанжүйесімен сәйкес орындалуымен үш топққа бөлінеді: жартылай өткізгішті, гибридті және басқа (прочие). Соңғы топқа қазіргі уақытта шекті мөлшерде шығарылатын,пленкалы ИМС, сонымен қатар вакуумды және керамикалық ИМС қатысты. Бұл топқа шартты белгілер жүйесінде келесі сандар сәйкестендіріледі: 1,5,7 – жартылай өткізгішті ИМС (7 – корпуссыз жартылай өткізгішті ИМС); 2, 4, 6, 8 –гибридті ИМС; 3 – ИМС прочие.

Радиоэлектронды аппаратурада орындалатын функцияның сипаттамасы бойынша ИМС – ны жартытопқа (подгруппа) (мысалы, генераторлар, модуляторлар, триггерлер) және түрлерге ( мысалы, кернеуді, фазаларды, жиіліктерді түрлендіргіштер)бөледі. Функционалды белгілеу бойынша интегралды микросхеммаларды классификациялау 1.1 кестеде көрсетілген.

ИМС белгілері қабылданған жүйе бойынша төрт элементтерден тұрады.

Бірінші элемент – құрылымды – технологиялық топқа сәйкес сан.

Екінші элемент – берілген ИМС сериясының өңдеудің реттік нөмірін білдіретін, екі – үш сандар. Сөйтіп, бірінші екі элемент ИМС сериясының толық нөмерін сипаттайтын, үш – төрт санды құрайды.

Үшінші элемент – ИМС – ң түріне және жартытопқа сәйкес келетін екі әріп.

Төртінші элемент – ИМС – ң бірдей функционалды белгілеу бойынша бірнеше болуы мүмкін, берілген серияда ИМС – ны өңдеудің реттік нөмері.

Шартты белгілердің соңындаәдетте, берілген типономиналдың электрлі параметрлердің технологиялық разбростыанықтайтын, әріп қосады. Нақты электрлі параметрлердің мағынасы және әрбір типономиналдың бір бірінен айырмашылығы техникалық документацияда болады (мысалы, 133ЛА1А ИМС 133ЛА1Б ИМС – дан ерекшеленеді).

4. Жартылай өткізгіштердегі кинетикалық құбылыс. Кинетикалық құбылыс жалпы жағдайда, екі процесспен шартталған: концентрацияның градиентінің әсерімен диффузияменжәне электрлі потенциалдың градиентінің әсерімен дрейфпен, жартылай өткізгіштердегі тасушы зарядтардың қозғалысын сипаттайды. Микроэлектроникада екі типті тасушы зарядтары бар қоспалы жартылай өткізгіштер қолданылады–электрондар және кемтіктер, , жартылай өткізгішті құрырылымында ағып жатқан,толық ток, төрт құраушыдан тұрады:

Мұндағы «диф» және «др» индекстеріне сәйкес диффузионды және дрейфті ток тығыздықтарын құраушыға, ал р және п– кемтікті және электронды құраушыға қатысты.

Дрейфті құраушы токтың тығыздығы электрлі потенциалдың градиентіне ᵠпропорционал, яғни электрлік өрістің кернеулігі , ал диффузионды құраушылардың тығыздығы – тасушы зарядтардың концентрацияның градиентіне пропорционал. Бірөлшемді (одномерный) моделдер үшін, тасушы зарядтар х осьнің бойына ғана ауысады, дреифті және диффузионды құраушылар келесі түрде жазылады:

Мұнда q – заряд; р, п – еркін тасушы зарядтың (кемтік және электрондардың) концентрациясы; µ_р, µ_п– кемтіктердің және электрондардың қозғалғыштығы; D_p, D_n– кемтік және электрондардың диффузиясының коэффициенті.

Кемтік және электрондардың қозғалғыштығы қоспаның концентрациясына және температураға тәуелді, 2.2 суретте көрсетілген. Кемтік және электрондардың диффузиясының коэффициенті осы тасушылардың қозғалтқыштығымен байланысты

Мұндағы – температуралық потенциал; – Больцман тұрақтысы; Т – температура ( Т = 300 К кезінде ).

Өз кезегінде невырожденных жартылай өткізгіштерде тасушылардың диффузиясының коэффициенті тек қана температураға, ал вырожденных жартылай өткізгіштерде, мысалы, легірлеудің жоғарғы деңгейі кезінде, қоспаның концентрациясына тәуелді болады.

2.2 сурет. Тасушы зарядтардың қозғалғыштығының қоспаның концентрациясына және температураға тәуелділігі.

(2.2) – (2.5) есепке алсақ жартылай өткізгіштіегі толық токтың тығыздығы , ток тығыздығының теңдеуі деп аталатын формуламен анықталады:

Ток тығыздығын анықтау үшін электрлік өрістің кернеулігі және тасушы зарядтардың концентрациясы белгілі болуы қажет.

ржәне п концентрациясы екі айнымалы функция – х координатасы және уақыт t:p(x, t) жәнеn (x,t)болып табылады. Бұл функциялар, кез келген уақытта тасушы зарядтың қозғалысын суреттейтін, ағынның үздіксіздігінің теңдеуінің шешімі болып табылады. Үздіксіздік теңдеуі, жартылай өткізгішті материалдың аз ғана көлемінде тасушы зарядтардың концентрациясының өзгерісін суреттейтін, теңдеудің жүйесі болып табылады.

Тасушы зарядтардың айнымалы генерациясын шақыратын, әсер ететін факторлар жоқ кезде, кемтік және электрондар үшін үздіксіздік теңдеуі мына түрде жазылады:

Мұндағы p_o және n_o– кемтік және электрондардың концентрациясының тепе – теңдің мағынасы; – басы артық (избыточные) концентрация; тасушы зарядтардың орташа өмір сүру уақыты.

Жартылай өткізгіште өріс жоқ болған жағдайда (E=0) немесе оның әсерін әдейі елемеуге болғанда, үздіксіздік теңдеуі айтарлықтай оңайлайды. Егер жартылай өткізгіште көлемді заряд бар болса» яғнм егер кернеулік Е х бойында өзгереді), үздіксіздік теңдеуін шешу кезінде Пуассон теңдеуін қолданады. (2.8), (2.9) теңдеуі процесстердің сандық бағасы үшін, жартылай өткізгішті құрылымдардағы тасушы зарядтардың қозғалысы, мысалы, ИМС транзисторлардың жиілікті және күшейткіш параметрлерін анықтау үшін, микроэлектроникада кеңінен қолданылады.

5. Микроэлектронды құрылғылардағы контактты құбылыс. Контактты құбылыс микроэлектроникада маңызды рөлді алады. Барлық электрлік контакттар омдық (сызықты), сызықты емес және инжекциялаушы деп бөлуге болады. Контактпен орындалатын, нақты мәселеге тәуелді, оған әр түрлі талаптар қойылады. Сонымен, омдық контакттар аз кедергіге ие болуы, жіберілетін сигналдың формасын бұрмаламау, шуылды болдырмау, сызықты волть – амперлік сиппаттамаға ие болуы тиіс. Сызықты емес контакттар сигналдың сызықты емес түрлендіруді болдыру (түзету, детектрлеу, жиілікттерді көбейту және т.б.), сызықты емес вольт – амперлік сиппаттамаға ие болуы және нақты жағдайларда (теріс кедергі бойынша, кернеуді, қалыңдықты, сиымдылықты тесіп өтетін) арнайы талаптарға жауап беруі тиіс. Биполярлы транзисторларда қолданылатын, инжекциялаушы контакттар, бір бағытта ғана негізгі емес зарядты тасушылардыинжекциялау қажет. Бұл үшін контакт ассиметриялық болуы тиіс.

Микроэлектроникада келесі контакттың құрылымдары көбірек таралған: металл – металл, металл – шалаөткізгіш, металл – диэлектрик, шалаөткізгіш – шалаөткізгіш және шалаөткізгіш – диэлектрик. Екі металлдың контактісі көбірек таралған. Мұндай контакттар төмен кедергіге ие болуы қажет.

Металл – шалаөткізгіш контактісі омдық, және сызықты емес секілді болуы мүмкін. Шалаөткізгішті металлдың омдық контактісі шалаөткізгішті ИМС активті және пасситі элементтерінде, және гибридті ИМС активті элементтерінде кеңінен қолданылады. Төмен кедергімен сипатталған, о мдық контактіні қамтамасыз ету металлдың А_м және шалаөткізгіштің А_п электрондардың шығу жұмысының арақатынасына тәуелді. Сонымен, электрондардың шығу жұмысының арақатынасына тәуелді шалаөткізгіштің приконтактты облысы сапаландыруы мүмкін немесе электрондардың жүдеуі (обедненный), соңғы нәтижеде шалаөткізгіштің приконтактты облысында көлемді зарядтың қабатын құру және негізгі заряд тасушылардың қайта бөлінуін болдырады. Сапалы қабаттың бар болуы жүйенің кедергісі толығымен шалаөткізгіштің нейтральді қабатымен анықталады және де түсірілген кернеудің шамасына тәуелді болмайды. Мұндай түзетпейтін контакттар омдық болып табылады. Омдық контактты алу үшін, приконтактты облыс негізгі заряд тасушылармен артуы үшін, маталлды таңдау қажет.

Приконтактты облыстажүдеген тасушы қабаттармен шалаөткізгіште мұндай қабат жоғары меншікті кедергіге ие болады және сондықтан барлық жүйенің кедергісін анықтайды. Сыртқы кернеуге әр түрлі өрістік түсіруприконтактты қабаттың кедергісін өзгертеді. Мұндай контакттар түзету қасиетіне ие болады және диодтарды жүзеге асырудың негізі болуы мүмкін.

Шығу жұмысының айырмашылығы көп және шалаөткізгіштегі тасушы зарядтардың концентрациясы азболған сайын, қабаттың ені көбірек болады. Түзеткіш контактты металл шалаөткізгіш, Шоттки барьерімен шалаөткізгішті элементтерді құру үшін, микроэлектронды құрылымдарда кеңінен қолданады.

р – n –өткелі ИМС активті және пассивті элементтерін құру үшін, сонымен бірге олардың арасын ажырыту (изоляция) үшін жартылай өткізгішті микроэлектроникада кеңінен таралған. Микроэлектрониканың өнімдерінде бірқалыпты, симметрялы емес өткелдер жиірек кездеседі, бір облыста негізгі тасушы зарядтардың концентарциясы айтарлықтай олардың концентрациясын басқа облыста жоғарылатады: р_ро >>n_no немесе n_no>>p_po . Негізгі p- n-өткелдің облысында қоспалардың таралуы, диффузия әдәсімен дайындалатын, белгісіз қателікті a,б суретте көрсетілгендей сызықты деп алуға болады. Өткел үшін әділ теңдік

Мұндағы а –p- n – өткелдегі қоспаның концентрациясының градиенті.

3 сурет. Бірқалыпты p-n-өткелдің облысында таралуы.

а – донорлы және акцепторлы қоспалар; б–олардың айырмашылығы; в–көлемді зарядтың тығыздығы

Осындай өткелде электрондардың шығу жұмысының айырмашылығы p-n- облыстарында n- типті жартылай өткізгіштен p-типті жартылай өткізгіште электрондардың диффузионды ағыны пайда болады және кемтіктің аналогты ағыны, қарама қарсы жаққа бағытталған. Приконтактты облыстан электрондар мен кемтіктердің кетуі, донорлы жылжымайтын иондалған атомдармен және акцепторлы қоспалармен шарталған(3 сурет, в),көлемді зарядтың облысын құрады. Зарядты тасушылардың ауыстыру процессі, потенциалдардың контактты айырмасы, көлемді зарядпен құрылған, толығымен потенциалдардың компенсацияланған айырмасы болып табылған кезде, тоқтатылады. Сонымен бірге электрлік өріспен және көлемді зарядтың қабатында пайда болатын ток, толығымен, зарядтытасушылардың концентрациясының градиентіммен шарталған, диффузионды токпен компенсацияланады.

Жартылай өткізгішті құрылымда жинақтау кезінде, p-n-өткелі бар, сыртқы кернеудің U түсірілген өрістің бағытына тәуелділіктен4 суретте көрсетілгендей потенциалды барьердің биіктігі, тасушы зарядтың концентрациясының таралуы және көлемді зарядтыңоблысының кеңдігіөзгереді.

4 сурет. Тура (а) және кері (б) бағыттарда түсірілген, сыртқы кернеу кезіндегі, p-n-өткелдегі зарядты тасушылардың таралуы және энергетикалық диаграммасы

Сонымен бірге негізгі емес тасушылардың концентрациясы p_n және n_p көлемді зарядтың қабатының шекарасында тура жылжыту кезінде теңдік мағыналарымен р_по және n_рoсалыстырғанда мына заң бойынша артады:

Бұл басы артық негізгі емес зарядты тасушылардың пайда болуына алып келеді, инжекция деп аталатын айдау процессі.

Кері жылжу кезінде негізгі емес зарядты тасушылардың концентрациясы ұқсастық заңы бойынша теңдік мағыналарымен салыстырғанда азаяды. Негізгі емес тасушы зарядтың «отсос» процессін экстракция деп атайды.

Ассиметриялық өткелдерде инжекцияланған негізгі емес зарядты тасушылардың төменгіомдыққа қарағанда, жоғарыомды қабатта көбірек, яғни инжекция біржақты сипаттамаға ие болады.Негізгі емес зарядты тасушылар төменгіомды қабаттан – эмиттерден жоғарыомды қабатқа – базаға иежекцияланады. p-n-өткелдің вольт – амперлік сипаттамасы көлемді зарядтың қабатында рекомбинацияның мағынасы болмаса, мына формуламен суреттеледі:

мұндағы – қанығудың ток тығыздығы, және – электрондар мен кемтіктердің диффузионды ұзындығы.

(2.13) формуласынан ток тура бағытта кернеудің жоғарылауымен экспоненциальді заң бойынша өседі, ал кері бағытта сыртқы кернеуге тәуелсіз, қанығу тогына ұмтылады. Ассиметриялық өткел жағдайында , мысалы, егер п– облыс р–облыстан айтарлықтай күштірек легірленген болса, яғни кері токтың тығыздығы

6. Жартылай өткізгішті құрылымдардағы беткі құбылыстар. Жартылай өткізгіштердің бетіндегі және көлеміндегі қасиеті ажыратылады, интегралды микросхемаларды құру кезінде есептеу қажет. Бұл жартылай өткізгішті құрылымдардың бетіндегі беткі энергетикалық жағдайдың пайда болуымен түсіндіріледі. Олар беткі атомдарда валентті байлланыстардың құрылмағанымен және адсорбцияланған атомдармен шақырылған, тордың бетіндегі потенциалды бұрмалаумен және барлық мүмкін беткі кешіліктермен шартталған. Осымен беткі зарядтың пайда болуы байланысты, яғни жартылай өткізгішті кристаллдың беті теріс және оң зарядқа ие болады. Сонымен, судың бетінде атомдардың кремнилі пластиналары немесе оттектің болуы теріс зарядтың , ал сілтілі (щелочных) металлдардың иондары – оңзарядтың пайда болуына алып келеді.

Беткі жағдайды толтыру кезінде, электрлі бейтарап шартпен сәйкес, жартылай өткізгіштің беткі зарядын болдыру, көлемді зарядтың беткі қабатында, осы зарядты бейтараптандыратын пайда болуымен қоса болуы керек. Бейтараптану бетіндегі зарядтың қарама қарсы белгісіне, зарядты тасушылардың белгісімен көлемді жартылай өткізгіштен үстіне тартылу және бір белгінің тасушыларының тебілу жолымен болады. Сондықтан жартылай өткізгіштің беткі қабаты негізгі заряд тасушылармен азайған немесе көбейген болып табылады.

Жартылай өткізгіштің беткі қабатында көлемді зарядтың пайда болуы осы қабатта электрлік өрістің пайда болуына әкеледі. Жартылай өткізгіштің беткі қабатының қасиеті беткі жағдайға ие, металл - жартылай өткізгіш және жартылай өткізгіш – диэлектрик контакттардың құрылымдары беткі қабаттың қасиетімен ұқсас.

Қалыптастыру процессінде немесе жартылай өткізгішті құрылымдардың жұмысы зарядтың бетінде (поверхности) пайда болатын белгіге, тасушылардың концентрациясына және жартылай өткізгіштің типіне тәуелділіктен беткі облыстағы заряд тасушылардың концентрацияның өзгеруі үш жағдайда болуы мүмкін: азаю, инверсия және көбею.

2.5 сурет. Оңзарядтың бетінде бар болуы (б– г) және бетіне жақын кезде жоқ болуы (а)планарлыp-n-өткелінің құрылымы.

Жартылай өткізгіштің бетінде электрлік қасиеті қосаның көлемді концентрацияларымен емес, беткі зарядтың шамасымен анықталатын облыстары бар. Бұндай облыстардың бар болуы ИМС және жартылай өткізгіштің құрылымының параметрлеріне және көптеген қасиеттеріне (электрөткізгіштігіне, шығу жұмысына) елеулі ықпал етеді.

Мысал ретінде планарлы p-n-өткелінің жұмысына беткі оң зарядтың әсерін қарастырамыз. Бетіндегі зарядтың жоқ болуы кезіндегі p-n-өткелінің құрылымы , а суретте көрсетілген. Бетінде оң зарядтың бар болуы кезінде р- типті кремниге жасалған жүдеу қабат алдынғы вертикальді қабатпен бірігеді. Сонымен бірге қосынды аудан және жүдеу қабаттың көлемі артып, p-n-өткелде кері токтың артуына алып келеді.

Егер р- типті кремниге жүдеу қабатпен қатар n- типті инверсті канал пайда болса, онда ол p-n-өткелінің n-қабатымен бірігеді. Бұл жағдайда жүдеу қабат өткізетін каналдың бетінен бөлініп шыққан. Мұндай канал p-жәнеn-облыстарына омдық контактілер арасында өтетін облысты құруға қабілетті. Сонымен қатар каналдың бар болуы кернеуді төмендетеді, және де p-n-өткелі арқылы токтың тұрақтылығына әсер етеді. Беткі оң зарядтың тығыздығы жоғары болған сайын, каналдың маңызды болуына қарағанда, p- облыстағы қоспалардың концентрациясы азырақ.

Беткі құбылыстардың пайда болу мүмкіндіктерінен ИМС және жартылай өткізгішті элементтердің сәтті және сенімді жұмысы жартылай өткізгішті құрылымдардың бетіндегі тұрақтылығына және оны қоршаған ортасынан қорғау сапасына толығымен тәуелді. Бұл технологиялық процесске анық талаптарды қойдырады.

Беткі құбылыстар, оған сыртқы электр өрісін қолдану жағдайында микроэлектронды құрылымдарда оң секілді қолданылады. Олар көлденең электрлік өрістің әсерімен жартылай өткізгіштің электрөткізгіштігін өзгертеді. Сонымен бірге құрылым, бетіне диэлектриктің жұқа қабатын кезекті металлдық электродпен жағылатын, жартылай өткізгішті материалдың қабаты болып саналады. Мұндай құрылымдар жеке бекітпелі МДП - транзисторларды құру негізіне орнатылған.

7. Пленкалы құрылымдарда заряд тасушыларды көшірудің механизмдері. Пленкада электрлі ток әр түрлі заряд тасушыларды көшіру есебінен ағуы мүмкін: электрондардың, кетіктердің, иондардың. Пленкалы элементтердің қасиеті ондағы токтың өтуі механизмімен анықталады. Токтың өту механизмі пленкалы элементтің жұмыс принципін де түсіндіреді. Тәжірибеде бірден бірнеше токтың өту механизмдері жиі жүзеге асады.

Пленкалы құрылымдарда алынған классификациямен сәйкес келесі токтарды ажыратады:

диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкаларда барьерлі (шотткалық) эмиссия есебінен;

жұқа диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкалар арқылы электрондардың туннельді өтуі есебінен;

диэлектрлі пленкаларда термоэлектрлі эмиссия есебінен

диэлектрлі пленкаларда кеңдік зарядпен шектелген;

диэлектрлі пленкаларда электрондардың аз қозғалғыштығымен;

диэлектрлі және жартылай өткізгішті пленкаларда қоспалар бойынша өткізгіштік есебінен;

жұқа металлдық пленкаа арқылы қозған электрондардың өту есебінен.

Осы токтардың бірнешеуінің ерекшеліктерін қарастырамыз.Барьерлі (шотткалық) эмиссияныңтоктары бір металлдық электродтан басқасына жартылай өткізгішті немесе диэлектрлі қабат арқылы пайда болады және төменгі потенциалды барерде және жоғары температурада салыстырмалы артығырақ болып табылады.

Кеңдік зарядпен шектелген токтар (токи органиченные пространственным зарядом (ТОПЗ)) металл -диэлектрик (немесе жоғарыомды жартылай өткізгішті – металл) құрылымында, контакт аз потенциалды барьердің биіктігіне ие болған жағдайда пайда болады. Сонымен бірге металлдан жартылай өткізгішке электрондардың инжекциясы пайда болады. Диэлектрлі (жартылай өткізгішті) пленкаларда ақаулардың (дефект) жоғары тығыздығы байқалады, қозғалғыш заряд тасушылардың тұзақтың рөлін ойнайтын, осы ақаулармен алынуы мүмкін. Тұзақтармен алынған тасушылар зарядтарды көшірмейді, диэлектрик (жартылай өткізгішті) арқылы токты шектейтін, қозғалмайтын кеңдік заряд құрады.

ТОПЗ қарастырған кезде екі металлдық электродты инжекциялаған (двойная инжекция) және бір электрод шегінде инжекция жүзеге асқан(одностронняя инжжекция) кездегі жағдайларды ажыратады. Біржақты инжекция, егер бір контакттағы потенциалды барьердің биіктігі басқадағы потенциалды барьердің биіктігінен айтарлықтай ерекшеленсе пайда болады.

Екі еселі инжекция симетриялыда немесе оның құрылымына жақын байқалады. Сәйкес металлдық электродтардың материалдарын таңдауда құрылымға тура жылжуға қосымша бір контакттан және кемтіктен – басқасынан электрондарды диэлектрикте біруақытты инжекцияға шақырады. Сонымен бірге құрылым N- немесеS-типті вольт – амперлі сипаттамаға ие болады. ТОПЗ бен құрылым негізінде әр түрлі пленкалы элементтер құрылуы мүмкін, соның ішінде әр түрлі функцияны орындайтын, активті.

Туннельді механизм жұқа диэлектрлі қабат арқылы электрондардың өтуі болуы мүмкін және диэлектриктің пленкасында заряд тасушылардың аз концентрация кезінде, төмен температурада және аз қалыңдықты пленкада артығырақ болады.

Диэлектриктерге және жартылай өткізгіштерге импульсті қолдану кезінде бөлінген металлдық пленкамен, күшті өтістерде, тең заряд тасушылардың орташа энергиясын айтарлықтай жоғарылататын, қозған электрондар пайда болады. Металлдық пленкаға электрондарды енгізу әр түрлі механизмдермен – туннельдеумен, инжекциямен жүзеге асуы мүмкін. Электрондар белгілі энергияға ие болып, шашыраусыз жұқа металлдық пленкадан өтеді.

Қаралған заряд тасушыларды көшіру механизмдері әр түрлі пленкалы құрылымдарды құру кезінде, соның ішінде металл – диэлектрик – металл – жартылай өткізгіш қиын типіндеқолданылады.

8. Микроэлектронды құрылымдарды құрудың базалық физика – химиялық әдістері.

Микроэлектронды құрылымдарды және ИМС құру кезінде олардың негізінде, тазарту (очистка) және үстіңгітотығуы (окисление поверхности), фотлитография, қоспалардың диффузиясы, иондық имплантация, эпитакция, травление, атоамдардың булануы және конденсация, әр түрлі материалдың бөліктері, металлизация және т.б. физика – химиялық әдістер көбірек қолданым тапты.

Тазарту. Пластинаның түрінен тәуелсіз, микросхеманы дайындау үшін алдыңғы материал ретінде қолданылатын, олардың үстінмұқият тазартады. Пластинаның бетін сапаллы тазарту үлкен мағына береді, ИМС сенімділігі және электрлік сипаттамасы көбінде олардың үстіңгі жағдайымен анықталады.

Тазартудың үш негізгі әдісін қолданады – пластинаның бетінен ластауды жою: химиялық реакция, еру, ластануды еруге әкелетін өнімдер, механикалық тазарту және газдың немесе сұйықтың ағынымен ластағыштың бөлшектерін жою.

Термиялық тотығу. Тотығу жартылай өткізгішті немесе пленкалы құрылымдардың бетінде алдыңғы материалдардың тотығуынан қорғаушы қабаттарды құру үшін арналған. Жартылай өткізгішті технологияда кремнидің пластинасының бетінде тотықтыруды қос қышқылды кремний қабатынан құру мақсатымен кеңінен қолданады. Термиялық тотығуды, анодты тотығуды және қышқылды пиролитикалық жағуды ажыратады.

Көбірек таралған термиялық тотығуда кремний қышқылының қабатын үш негізгі процесс түрінде көрсеуге болады:

1) алдыңғы пластинаның бетінде қышқылдың молекулаларының адсорбциясы;

2) тотығудан пайда болған қабат арқылықышқыл атомдарының өтуі;

3) тотығудың жаңа қабатының пайда болымен кремний – қышқылы бөлімінің шегарасында кремнидің атомдарымен қышқылдың әрекеттесуінің реакциясы.

Фотолитография.Микросхемадағыэлементтердіңберілген орны мен конфигурациясын алу үшін фотолитография әдісі қызмет етеді. Әдістің мәні келесіден тұрады. Жартылай өткізгішті ИМС – ң элементтерін алу үшін локальді диффузиялық қоспаларды өткізеді. Қорғайтын маска ретінде кремнидің және кремний нитридінің қос қышқылды қабатын қолданады. Саңылаудың берілген орнын алу үшін, диффузия өтетін арқылы, және олардың конфигурациясы жартылай өткізгішті пластинаның тотыққан бетіне фотосезгіш қабатты жағады – фоторезист, фотобаспа әдісінде – келесі пайда болуымен фотошаблон арқылы жарықпен – қажетті суретті алады. Химиялық өңдеудің нәтижесінде фоторезиттің жеке аумағымен көрсеткен кезде (при проявлении) жойылады, ал бетіндегі қалғандар қорғайтын маска секілді қолданылады. Содан кейін SiO₂қабатының травлениесін өткізеді, қоралмаған фоторезистпен, плавикті қышқылмен (ол фоторезистке әсер етпейді) және қоспаның диффузиясын өткізетін терезені алады.

Фотолитографияның процессінің технологиясы мынадай кезектілікпен орындалатын, операция қатарын қосады:

1) пластинаның бетін тазарту;

2) ценрфугирлеуменфоторезистті жағу;

3) фоторезисттің кебуі, қатуы;

4) подложкамен фотошаблонды қосу;

5) экспонирлеу (контактты және проекционды әдіспен жүзеге асуы мүмкін);

6) фоторезисттің көрінуі (проявление);

7) кремнидің қос қышқылының қорғалмаған фоторезистті аймақта травлениесі;

8) фоторезисттің жойылуы.

Қоспаның локальді диффузиясы.Диффузия жартылай өткізгішке қоспаны енгізу әдісі секілді р- п- өткелін алу үшін біріншідәрежелі мағынаға ие болады. Себебі р- п- өткелінің қасиетінен микросхеманың негізгі сипаттамалары тәуелді, ал р- п- өткелінің қасиеті диффузия әдісімен алынатын, жартылай өткізгішті құрылымдардағы қоспалардың таралуына байланысты, онда диффуззия процессіне диффузионды облыстағы геометриялық өлшемдердің прецизиондылығы және қоспаның концентрациясының таралу дәлдігі бойынша қатаң талаптар қойылады. Бұл өз кезегінде диффузия процессінің технологиялық режиміне анық талаптарды қояды: енгізілген қоспаның таралуы мен саны, температура мен уақыттың дәлдігі.

Нақты кристаллдарда диффузияның теориясы үш механизмге байланысты болады:

идеалды кристаллдағы секілді, бір бірімен орын ауысу;

түйіндер арасы бойынша диффузия;

бос түйіндер бойынша диффузия.

Ионды легірлеу. Микроэлектрониканың технологиясында ионды имплатация кеңінен таралған. Ионды имплатация әдісі электрлі және магнитті өрістермен басқарылатын жоғары энергиямен зарядталған атомның бөлшектер (иондар) ағынына бағытталған, қатты денені бомбылаушы, оның беткі қабатындағы құрылымды, электрофизикалық, физика – химиялық және басқа қасиеттері өзгеруі үшін қолдануға негізделген. Жартылай өткізгіште қоспаға енгізу үшін ионды имплатация көбірек қолданым тапты. Бұндай процесс ионды легірлеу деп аталады.

Эпитаксия.Эпитаксия дегеніміз кристаллдық торы пластина құрылымын қайталайтын қабат өлшемін таңдау құбылысы.

Шалаөткізгішті қабаттарды эпитаксиалды өсіру ИМС шалаөткізгішті транзисторлы құрылымды алу үшін диффузияланған қоспаға кең қолданады. Шалаөткізгішті ИМС технологиясында қабаттарды эпитаксиалды өсіру әдісін қолдану мынадай мүмкіндіктерді береді:

• кристаллографикалық остердің берілген таңдауы бар шалаөткізгіштердің монокристаллды қабатын алу мүмкіндігі;

• қабаттағы қоспалардың біркелкі таралуын жүзеге асыру мүмкіндігі;

• ИМС-да төртқабатты транзисторлы құрылымды алу кезінде екіге дейін диффузия процесін қысқарту;

• Үштік диффузияға қарағанда транзисторлық құрылымды жақсырақ алу және элементтерді р-п – өткелмен изоляция бойынша операцияларды қарапайымдау;

• Транзисторлы құрылымды алу операциясының ұзақтығын қысқарту.

Қабыршақты тозаңдату(напыление пленок). кристаллдық подложкада қоршалған эпитаксиалды монокристаллды қабыршақтан басқа микроэлектроникада кең қолданысты жұқа поликристаллды және аморфты қабыршақтар алады. Мұндай қабыршақтың негізінде қазіргі кезде тек пассивті емес, негізгі заряд тасушыларын пайдаланып жұмыс істейтін активті де элементтер дайындалады. Белгіленген мақсат бойынша өткізгіш резистивті, диэлектрлік және шалаөткізгішті поликристаллдық пен аморфты қабыршақты қолданады. Бұл қабыршақтарды әдетте вакуумды тозаңдату әдісімен алады.

Шалаөткізгіштерді травление жасаудың олардың қабатын ерітіп сәйкес химиялық реагенттермен: (сілтілермен, қышқылдармен,олардың қоспасы және тұзбен ) өзара әрекеттесуімен қорытындыланады.Өңдеушіде шалаөткізгіш материалдардың өзара еруінің екі теориясы бар: химиялық және электрохимиялық.Химиялық теория бойынша шалаөткізгіштердің еруі екі саты бойынша жүреді.алдымен шалаөткізгіш қышқылданады.одан кейін ериді.Травление кезінде бұл процесс көп қайталанады.Бұдан травитель күшті қышқылдаушыдан және әр түрлі қоспасы бар ерітушіден тұрады.Электрохимиялық теория бойынша шалаөткізгіш пен травитель арасындағы әрекет былай тұжырымдалады:шалаөткізгіштің сыртында анодты және катодты микробөліктер болады,олардың арасында локальды ток пайда болады.Анодты бөлікте шалаөткізгіш ерітіндіге өтеді,ал катодтыда қышқылдаушының қалпына келтірілуі жүреді.Шалаөткізгіш пластинаның бетінің біркелкі өңделуі кезінде микроанодтар мен микрокатодтар бір бірімен үздіксіз орын алмасады.Химиялық травлениенің интенсификациясы үшін өндірілген пластинаның бетінде травительдің активті араластыруы үздіксіз қолданады.

Металдану.Микросхеманың планарлы құрылымында ішкісхемалы байланыс жұқа металды қабықшаның көмегімен орындалады.жекеленгіш кремний оксидінің қабығына келтіреді.Ішкісхемалық байланысты құру процесі металдану деп аталады. Ішкісхемалық коммутацияның шалаөткізгіші ретінде қолданылатын Жұқа металл қабық керекті қасиетке ие болуы керек:шалаөткізгішпен тегістелмейтін контактты қамтамасыз ету,кремниймен және кремний екіоксидімен жақсы адгезиясының болуы,сонымен қатар төменгі үлесті кедергі жеткілікті,микросхема шығысын жалғастыру мүмкіндігінің болуы.Коммутация үшін алтын,никель,қорғасын,күміс,хром,Cr-Au,Ti-Au,Mo-Au жүйелері қызмет етеді.

9. Шалаөткізгіш ИМС ты дайындаудың негізгі технологиялық процесі шалаөткізгіш материалда локальды облыс құрылу көмегімен және құрылымның өткелі және схеманың элементтері жасалады.Оған кремнийдегі легірленген қоспаның локальды диффузиясы,ионды легірлеу және эпитаксальды электрөткізгіштің қарама-қарсы түрін білдіретін кремнийлі пластинаға кремний қабатын монокристалды өсіру жатады.Осыған байланысты барлық шалаөткізгіш ИМС –тер технологиялық белгісі бойынша екі топқа бөлінед:тек диффузия процесін қолдану арқылы дайындалатын ИМС-тер және қоспаны ионды енгізу және диффузия, эпитаксальды өсіру процесімен үйлесу арқылы дайындалатын ИМС-тер.Бірінші группадағы микросхемаларды дайындау технологиясы планарлы-диффузиялық,ал екінші группадағылар-планарлы эпитаксиальды деп аталады.Осы технологияның әр түрлі түрлері бар:қосарлы және изопланарлы технологиялар.Қосарлы технологияда ИМС-тың активті элементтері шалаөткізгіш материал көлемінде планарлы диффузиялық және планарлы-эпитаксиальды технология әдісімен дайындайды,ал пассивтілерді кристал бетіндегі жұқа пленкалы технология әдісімен дайындайды. Элемент изоляциясы әдісі микросхеманың құрылымына әсер етеді.Шалаөткізгіш ИМС-терде элемент изоляциясы үшін келесі әдістерді кеңінен қолданады:p-n өткелінің кері жылжу изоляциясы,толық диэлектрлі изоляция,біріктірілген изоляция(p-n –өткелімен және диэлектрикпен изоляцияны үйлестіру) Шалаөткізгіш ИМС-тің негізгі құрылымын транзисторлы құрылым құрайды,ол активті және пассивті элементтердің схемаға ену реализациясы үшін базалы болып табылады.Шалаөткізгіш ИМС-те базалы элемент ретінде биполяр транзисторды қолданады,ол электрөткізгіштіктің n-p-n- типімен ерекшеленеді және планарлы диффузиялық және планарлы эпитаксиальды технология бойынша дайындалады.Сонымен қатар униполяр транзисторлар қолданылады,каналдың электрөткізгіштігінің бір немесе екі типті МДП құрылымы болады және планарлы технология бойынша дайындалады.Шалаөткізгіш ИМС- тердің құрылымының артықшылығы барлық элементтер бір технологиялық процесс негізінде дайындалады.Сондықтан әртүрлі элементтің облысын құрайтын эпитаксиальды және диффузиялық беттердің параметрлері бірдей болады.Мысалы резисторды құру үшін биполярлы транзисторда эмиттер немесе базаны құрайтын қабаттар қолданылады,ал диод пен конденсаторды құру үшін транзистор құрылымындағы сияқты өткел қолданылады.Транзисторлы құрылым күрделі және микросхема құрылымында анықталатын болғандықтан басқа элементтердің реализациясына арналған қабаттар мен өткелдер транзистордың облысына сәйкес аталады.Шалаөткізгіш ИМС-тердің технологиялық әдістері және құрылым түрі бойынша локальды облысты алу тәсілі бойынша және транзисторлы құрылым өткелі,изоляция әдісі бойынша классификацияланады.

10. Шалаөткізгіш ИМС-тер технологиялық әдісі мен құрылымына қарай былай бөледі:

p-n-өткелді изоляциясы бар элементтің планарлы-диффузиялық түрі;

элементтің резистивті изоляциясы бар планарлы-диффузионды түрі;

p-n- өткелді элементтің изоляциясы бар планарлы-эпитаксиальды;

элементтің диэлектрлі изоляциясы бар планары-эпитаксиальды;

біріккен изоляциясы бар изопланарлы;

Электрөткізгіштіктің бір типі бар(МДП-ИМС) транзистордағы металл-диэлектрик –шалаөткізгіш;

Электрөткізгіштіктің өзаратолықтыратын түрдегі транзистордағы метал-диэлектрик –шалаөткізгіш;

Резистивті изоляциясы бар планарлы-диффузиялық ИМС-тер былай ерекшеленеді:ондағы элементтер бір-бірінен пластина материалының жоғарыомды кедергісі көмегімен бір-бірінен алшақтайды.(3.1 б-сурет)

3.1-сурет.планарлы-диффузионды типтегі шалаөткізгішті ИМС құрылымы.

A –изоляциялайтын p-n өткелмен;б-резистивті изоляциямен.

Мұндай изоляция жоғары жиілікте жұмыс істейтін микросхема үшін мүмкін.Берілген ИМС-тың құрылымы сонымен бірге үштік диффузия әдісімен құрылады,бірақ n-типті пластина қолданылады.

11. Планарлы-эпитаксиальды ИМС-тер планарлы-диффузиондыға ұқсайды.Бірақ олардың құрылымын n-типті кремнийдің жұқа монокристалды қабатын эпитаксиальды өсіру әдісімен құрады және эпитаксиальды қабатқа легірленген қоспаның жалғасқан локальды диффузиясымен құрылады.Шалаөткізгішті кристалда схеманың элементіне локальды облысты қалыптастыру изоляция әдісімен анықталады.Планарлы-эпитаксиальды ИМС-те p-n-өткелімен элементтің изоляциясы эпитаксиальды қабаттың барлық қалыңдығына акцепторлы қоспаның біржақты диффузиясын өткізу жолымен қол жеткізеді.Осыдан n-типті электрөткізгіштігі бар эпитаксиальды қабаттың локальды облысы құрылады,ол барлық жағынан р-типті алшақтанған облыспен қоршалған.Бұл облыста транзисторлы құрылымды қалыптастыру үшін диффузияның екі жалғасқан процесі қолданылады. Алшақтанған p-n өткелі бар планарлы эпитаксиальды ИМС-тың құрылымы 3.2 а-суретте көрсетілген

3-сурет.Планарлы-эпитаксиалды типті шалаөткізгіш ИМС-тың құрылымы.

а-изоляциялайтын p-n өткелмен; б-диэлектрлі изоляциямен.

12. Диэлектрлі изоляциясы бар планарлы-эпитаксиальды ИМС-тер суретте көрсетілгендей бір-бірінен диэлектрлі материал көмегімен алшақтанады.Берілген жағдайда диэлектрлі материал ретінде көбінесе қосқышқылды кремний қабатын,кремний нитридін,кремний карбидін,стекло,керамика және басқа да диэлектриктер қолданылады.Бұдан подложка ретінде поликристалды кремний,сапфир немесе керамика қызмет атқарады. Диэлектрик ретінде ауаны қолдану баллонды шығысы бар ИМС деп аталатын жаңа құрылымның микросхемасын құруға мүмкіндік береді(3.3 cурет),онда транзисторлы құрылымдарды планарлы-эпитаксиальды технология бойынша құрылады,ал платина силицидтің,титанның,платинаның және алтынның жалғасқан электроосаждения жолымен шығыстарын және жоғары беріктіліктің элементаралық байланысы құрылады.

Балочный шығыстары бар шалаөткізгіш ИМС құрылымы.1-алтын;2-платина;3-титан;4-платина силициді;5-транзисторлар.

Металл қабаттар изоляцияланған балочный шығыстарды құру мақсатымен травленияға ұшырайды,олар схема элементтері арасындағы электрлі және механикалық қамтамасыз етеді.Схемадағы элементтерді изоляциялау оның барлық қалыңдығына травление жасау арқылы іске асады.Бұдан микросхеманың құрылымы элементтермен изоляцияланған,электрлі және механикалық баллонды шығыстармен біріккен островкаларды көрсетеді.Ауалы изоляция әдісін сапфирдағы кремний негізінде ИМС-ты құру үшін қолданады. Биполярлы транзисторларда барлық схемадан изоляцияланған p-n өткелі бар планарлы-эпитаксиальды ИМС-тер және диэлектрлі изоляциясы бар ИМС-тер көп таралған.Бұл былай түсіндіріледі:транзистордың планарлы-эпитаксиальды структурасы планарлыға қарағанда электрлі параметрлері бойынша,дайындау технологиясы бойынша көп артықшылыққа ие болады.Эпитаксиальды қабатты қолдану транзисторлы құрылымды қалыптастырудың технологиялық процесін жеңілдетеді,бүтіндей микросхеманың және транзистордың параметрлерін жақсартуға мүмкіндік береді(орташа кешігу азайтады және бөгеуге қарсылықты көбейтеді).Изоляция әдісі бойынша планарлы-эпитаксиальды құрылымды салыстыруға келсек,онда изоляцияланған өткелді ИМС-тер технологиясы қарапайым болғандықтан жақсырақ.Бірақ мұндай ИМС-тердің изоляцияланған p-n-өткелдері кері ауысу жағдайында болуы керек.Изоляцияланған p-n өткелдерді қолдану схеманың жұмыс істеуіне кері әсер етіп,оның жиілік диапазонын шектеп,төртқабатты құрылымның пайда болуына,оң кері байланыстың пайда болуына әкеледі.Сонымен бірге өткір кернеу изоляцияланған облыстың қоспа концентрациясына кері пропорционал,ол өте үлкен азаю тогынан құтылу үшін минималды болу керек. Бұл қиындықтар анағұрлым дәрежеде диэлектрлі изоляция жағдайында төмендейді.Диэлектрик ретінде қосқышқылды кремний қабатын қолданылатын құрылымды микросхемада паразитті сыйымдылықтар және азаю токтары 1-2 рет азаяды,ал өткір кернеу мен жылдамдатуды екі рет өсіруге болады.Мұндай құрылымда басқа диэлектрлі материалдарды қолдану ИМС-тің электрлі және эксплуатациялы параметрлерін анағұрлым жақсартуға мүмкіндік береді.Бірақ диэлектрлі изоляциясы бар микросхемаларды дайындау технологиясы p-n өткелді изоляциясы бар микросхема технологиясына қарағанда анағұрлым күрделі және қымбат.Қосарлы ИМС-тер барлық активті элементтер және мүмкіндігінше пассивті бөлікті p-n өткелді изоляциясы бар планары-эпитаксиальды технология бойынша құрады,ал барлық немесе пассивті элементтер бөлігін кремний қосқышқылды қабатымен жабылған микросхеманың бетіне резистивті,өткізетін және диэлектрлі пленкаларды енгізудің пленкалы технологиясымен құрады.(3.4-сурет).Мұндай құрылымда шалаөткізгішті және пленкалы технологияның артықшылықтары қолданылады.

3.4-сурет.Қосарланған ИМС структурасы.

5-сурет.Біріктірілген изоляциясы бар изопланарлы ИМС структурасы.

Шалаөткізгіш ИМС-терді құрастыру кезіндегі бірінші ретті есеп- кристалдағы олардың геометриялық өлшемін біруақытта азайту және электрлі сипаттамасын жақсарту кезінде элементтердің орналастыру тығыздығын көбейту болып табылады.Осыдан p-n өткелді изоляциясы бар планарлы-эпитаксиальды ИМС-терде орын алған изоляцияланған облыстың ауданын азайту маңызды болып табылады.Берілген есепті шешудің тиімдісі ол біріктірілген изоляцияны қолдану.5-суретте изопланарлы технологиямен дайындалған біріктірілген изоляциясы бар шалаөткізгіш ИМС-тың структурасы көрсетілген.Транзисторлы структураның бүйір жақ беті диэлектрикпен изоляциялайды(кремнийдің қалың қосқышқылды қабатымен),ал төменгі беті p-n өткелімен.Элементтерді қалыптастыру қарапайым планарлы-эпитаксиальды технология бойынша n-типті эпитаксиальды жұқа қабатты қолдану арқылы іске асады.Біріктірілген изоляция транзистордың ауданын төмендетуге,жылдамдығын арттыруға,паразитті сыйымдылығын төмендетуге мүмкіндік береді.

13. Биполярлы транзисторлар.

ИМС-барлық құрылымды-технологиялық группасының негізгі күрделі элементі транзистор болып табылады.Шалаөткізгіш ИМС-терді микросхеманы дайындау процесінде құрылатын биполярлы және МДП-транзисторлар негізінде іске асырады.Соңғы кездері ИМС-те Шотки барьері бар,көпэмиттерлі,көпколлекторлы,микроқуатты тез әрекет ететін транзисторларды қолданады.Биполяр транзисторлардың көбісін n-p-n типті құрылыммен планарлы технология бойынша дайындайды,бірақ кейбір жағдайда p-n-p типті транзисторлар қолданылады.n-p-n типті транзисторлар p-n-p типті транзисторларға қарағанда электрлі сипаттамасы жақсартылған,физикалық және технологиялық факторлармен бірге шартталған. Транзисторда α токтың жеткізу коэффициентінің максималды мәнін қамтамасыз ету үшін эмиттердің эффективті интеграл коэффициенті γ→1.Егер эмиттер базадан күштірек легірленсе мүмкін болады,эмиттердегі қоспа концентрациясы мүмкіндігінше максималды болу керек.Транзистордың базалы және эмиттерлі облысы диффузиямен қалыптасады.Кремнийдегі шекті фосфор ерітіндісі бор ерітіндісінен жоғары,именно фосфор диффузиясын n-типті жоғарылегірленген эмиттер облысын құру үшін қолданылады.Сонымен қатар n-p-n типті транзисторда базадағы негізгі емес заряд тасушылар электрондар болып табылады.Электрондар қозғалғыштығы бірдей температурада және кремнийдегі қоспа концентрациясы кемтіктер қозғалғыштығынан екі есе көп болады.Транзистор базасы p-типті болғаны дұрысырақ.Осыдан заряд тасушылардың база арқылы ұшып шығу уақыты n-p-n типті транзисторларға қарағанда n-p-n типті кремнийлі транзисторлардікі азырақ.Шалаөткізгішті ИМС терде биполярлы транзистордың құрылысы қалған элементтердің структурасын анықтайды,яғни активті әрі пассивті элементтер транзисторлы структура негізінде қалыптасады.Транзистор параметрлері басқа элементтердің параметрлері үшін анықталатын болып табылады. Транзисторлардың қолдану облысы және олардың ИМС-те орындайтын функциялары транзистордың қосылу схемасы және жұмыс режиміне тәуелділігін сипаттайтын электрлі статикалық және динамикалық параметрлердің жиынтығымен анықталады.Электрлі параметрлердің нақты мәні транзистордың құрылымдық параметріне тәуелді яғни физикалық құрылым параметріне:құрылымның геометриялық өлшеміне (коллекторлы және эмиттерлі өткелдің терең жатуы,эмиттер,коллектор облыстарының өлшемі және конфигурациясы) және материалдың структуралық облыстарының электрофизикалық сипаттамасына(қоспалы таралу пішіні,қозғалғыштық,заряд тасушылардың өмір сүру уақыты).Транзистордың негізгі сипаттамасына айқындаушы әсер- күшейтуші және жиілікті- структуралы облыста қоспалы тарату сипатын және тразисторлы құрылымның изоляция әдісін көрсетеді. Транзисторларды изоляция әдісі бойынша және дайындау технологиясы бойынша классификацияланады,бұл шалаөткізгішті ИМС структурасына қарай классификациялануға негізделген.Изоляция әдісі бойынша структураларды изоляцияланған p-n өткелмен,диэлектрлі қабатпен және олардың комбинациясымен айырады.Дайындау технологиясы бойынша изоляция әдісіне тәуелсіз транзисторларды планарлы-диффузиялы,планарлы эпитаксиальды,изопланарлы деп бөледі.

14. Металл-диэлектрик-шалаөткізгішті интеграл микросхемаларды алу технологиясын түсіндіріңіз МДП-транзистордағы ИМС-тың құрылымы n немесе p-типті электрөткізгіштігі бар кремнийлі пластина болып табылады,олар пларлы технология бойынша МДП-структуралар құрады,олар бір-бірімен электрлі схемаға сәйкес қосқышқылды кремнийдің қорғаныс қабатының бетін шаңдатылған металл шалаөткізгіштің көмегімен біріккен.Ең кең таралған- изоляцияланған затворы бар МДП-структуралар,онда диэлектрик ретінде қосқышқылды кремний қызмет етеді.МДП-ИМС құрылысының артықшылығы тек қана МОП-структураны қолдану болып табылады(МОП-транзисторлар активті және пассивті элемент ретінде қызмет етеді),бөлек структураның арасындағы изоляцияның болмауы,металданған пленкалы өткізгіш ретінде, жоғарылегірленген диффузиялы облыста ішкісхемалық байланыс үшін қолдануы болып табылады.Ең кең таралғандар:n- немесе p-типті индуцирленген каналы бар МДП-транзисторлардағы ИМС-тер,сомен қатар а,б-суретте құрылысы көрсетілген электрөткізгіштіктің(КМДП-ИМС) өзаратолықтыратын типті каналы бар МДП-транзистордағы ИМС-тер.

сурет.МДП-ИМС структурасы.

а-p-типті каналы бар біртипті транзисторларда, б-электрөткізгіштіктің өзаратолықтыратын типті каналы бар транзисторларда, в-V-МОП транзисторларда, МДП-ИМС қаптамасының тығыздығын жоғарылату және олардың жылдамәрекеті V-образды тереңдетуде орналасқан,кремнийдің анизотропты травлениесімен алынған,канал ұзындығы аз болатын МОП-транзисторлардың элементі негізінде қолдануға қол жеткізеді.V-МОП-транзисторы негізіндегі ИМС-Тер( в-сурет) жоғары дәрежелі интеграциялы МДП-ИМС тер арасындағы ең келешекке арналған болып табылады.

МДП-ИМС құрылысы биполярлы транзистордағы ИМС құрылысына қарағанда элементтің жоғары тығыздығын жіне функционалды тығыздығын қамтамасыз етеді.ОЛ былай түсіндіріледі:кристалдағы МОП-транзистордың орнын алатын аудан биполяр транзистордағыға қарағанда екі ретке кіші,МДП-структураны қолданғанда элементтер арасындағы изоляцияны қажет етпейді,ал биполяр транзисторға метал-кремнийдің үш контактысы қажет,сол сияқты МДП-транзисторға екеу қажет.Алдағы шалаөткізгіш ИМС-Терді құрылымдық дайындау қолданылатын корпус түрімен және герметизация әдісімен анықталады.

15. ИМС шалаөткізгішінің герметизациясы мен бүрмесі

Бүрмелердің кезеңі ИМС дайындауда жалпы технологиялық процесстің бөлігі болып табылады және өзіне келесі аяқтаушы операцияларды қосады:

микросхемалары бар кристаллда пластиналарды бөлу;

корпусқа кристаллдарды құру;

сыртқы түйін құрау (кристаллға қатысы бойынша);

герметизация;

таңбалау (маркировка).

ИМС шалаөткізгішінің бүрмесін пластиналарды жөндеуден соң өндіреді, нәтижесінде мұндай технологиялық процесспен металлдандыруы бар микросхемалардың структурасы жасалады. Бүрмелеуден бұрын функцияланған микросхемаларды бақылайды- тестілік программа бойынша жұмысқа қабілеттілігін тексереді және пластинаның жарамсыз бөліктерін анықтайды.

Кристаллдарға пластиналарды бөлуді бірнеше әдістермен орындайды, олардың ішінен негізгілері:

қыздыру (раскаливание) және скрайбирлеу (скрайбирование);

химиялық жолмен өңдеу арқылы қию;

ультрадыбыспен қию.

Ең көп тараған ИМС шалаөткізгішін жасауда скрайбирлеу (скрайбирование) әдісін алды. Сонымен қатар, вакуумды патронда пластинаға кедергі келтіреді, көлденең жазықта бағдарлайды және алмазды кескіш сәйкес келген қысыммен екі өзара перпендикуляр бағытта оның бетіне қауіптер қаптайды. Сонан соң, пластинаны патроннан бөліп, скрайбирлеу линиясымен кристаллдарға шағады.

Ажыратудан кейін жарамайтын ИМС - ны жарамсыздан қатарынан шығарады, ал қалған кристаллдар кремнийлі тозаңнан және басқа бөтен бөлшектерден тазалайды. Құрамында бір немесе бірнеше микросхемалары бар тазаланған кристаллдарды корпусқа орнататын, түйіндерді жалғайтын, герметиздейтін және таңбалайтын бүрме шекарасына орналасады. ИМС корпусында жеткілікті механикалық беріктілік, кішігірім мөлшер, жақсы герметикалық және схеманың жоғары электрлік сипаттамамен қамтамасыз ету болуға тиіс. Шалаөткізгішті ИМС үшін негізінен корпустардың келесі типтері

корпустың иілген перпендикулярлы монтажды жалпақтығы бар және екі бөлігінде орналасқан түйіндері бар тікбұрышты формалы корпустар (тип ІІ), ( а);

корпустың перпендикулярлы монтажды жалпақтығы дөңгелене орналасқан цилиндрдің бір жалпақ бөлігінде орналасқан түйіндері бар дөңгелек цилиндр формалы корпустар (тип ІІІ), (сурет, б);

корпустың параллельді монтажды жалпақтығында орналасқан түйіндері бар тікбұрышты формалы корпустар (тип ІV), ( сурет, в). Корпустың конструктивті мәлімдемесі және корпустың шамалары ГОСТ 17467 - 79 - та орналасқан

Корпустар негізіндегі кристаллдар монтажы дәнекерлеу берік дәнекер немесе тез корпус типіне байланысты балқитын шыны және корпусы бар электрлі кристалл контакт керектігі арқылы жүзеге асады. Металлды корпустағы монтаж кезінде алтынның эвтетикалы қорытпасы - германий немесе балқыту температурасы 356 және 370⁰ С - ге лайық алтын - кремний секілді өз алдына ұсынылатын берік дәнекер қолданылады. Кристаллдарды корпустың негізінен оқшаулаудың қажеттілігі жоқ, себебі, шалаөткізгішті ИМС пластинасында үнемі ең төмен потенциал болады.

Кристаллдар бірпозициялы дәнекерлеу машинасында немесе инвертті газ атмосферасындағы конвейерлік пеште құрастырылады (сурет, а). Шынылықта немесе металлды пластиналар болмайтын пластмассалық корпустарда кристалл 525⁰ С - ге дейінгі температура кезіндегі инертті газ атмосферада жеңілбалқымалы шынымен бекітіледі (6- сурет, б).

Корпуста кристаллды монтаждаудан соң корпус түйіні бар контактілі аудандарды біріктіруді орындайды. Мұндай біріктірулер сымды түйіннің әртүрлі әдістердің көмегімен жүзеге асады: дәнекерлеу, термокомпрессия немесе ультрадыбысты балқытып біріктіру.

Шалаөткізгішті кристалл 300⁰ С - ге дейін қыздыратын, ал алтын сымның диаметрі 20 - 25 мкм ең көп таратылған термокомпрессия әдісі бірнеше секунд кезіндегі қысым астында контактілі аумаққа қосады. Алтын сымнан басқа алюминий түрі де қолданылады.

6-сурет. Шалаөткізгішті ИМС - ның көлденең қимасы:

1 - корпус негізі; 2 - ковар; 3 - Au - Si қорытпасы; 4 - алтын қабаты; 5 - Au - Si қорытпасы; 6 - кристалл; 7 - кремний тотығы; 8 - алюминий; 9 - алтынды сым; 10 - термокомпрессионды байланыс; 11 - корпус түйіні. Егер шалаөткізгішті ИМС - ны БИС және гибридті ИМС - ның компоненті ретінде қолданады және корпуссыз қорғанысқа қолданады. ИМС герметизациясынан кейін таңбалайды: корпус қақпағында микросхеманың типі, дайыдалған мерзімі және дайындаушы зауыт шифры көрсетіледі.

Жалпы бүрме процессі кезінде әр операциядан соң микросхемалардың жұмысқа қабілеттілігі тексеріледі, бүрме аяқталған соң сынайды.