Модуль 3 Интегральные микросхемы

Микроэлектроника – одно из самых динамичных направлений науки и техники, на базе которого решается проблема создания микроминиатюрных схем и устройств (с помощью сложного комплекса физических, химических, схематических, технологических методов и приёмов).

Центральной задачей микроэлектроники является изготовление изделий, обладающих высоким быстродействием, малым потреблением мощности, малой стоимостью и высокой надежностью.

Одним из самых массовых изделий микроэлектроники являются интегральные микросхемы.

Термин интегральная микросхема (ИМС) включает в себя три основные характерные особенности этого изделия.

1. «Интегральная» – означает групповую массовую технологию изготовления.

2. «Микро» - размеры близкие к микрону (микрометр).

3. «Схема» - мы имеем дело не с отдельным элементом, а с их группой, достаточно многочисленной, связанной между собой вполне определенным образом (по конкретной электрической схеме).

Таким образом:

ИМС - микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором активные, пассивные и соединительные элементы изготавливаются в единой технологии на поверхности и объеме материала и имеют общую оболочку.

Классификация имс.

Выпускаемые отечественные промышленные ИС (интегральные схемы) могут быть классифицированы по ряду признаков.

1. По способу изготовления:

- полупроводниковые,

- пленочные,

- гибридные,

- совмещенные.

Полупроводниковые ИМС – в которых все активные (диоды, транзисторы, тиристоры), пассивные (резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы) элементы и их соединения выполнены в виде сочетания неразрывно связанных рn – переходов в одном исходном полупроводниковом кристалле.

Для изготовления полупроводниковых ИМС используются пластины кремния толщиной не более 30 – 50 мкм и диаметром 50 – 100мм, образующие подложку. На поверхности или в объеме таких подложек формируются элементы полупроводниковой ИМС.

В основе формирования элементов на подложке лежит планарная технология, позволяющая групповым методом обработать одновременно несколько десятков подложек с сотнями и тысячами полупроводниковых ИМС на каждой.

Элементы, изготовленные по планарной технологии имеют плоскую структуру: рn – переходы и контактные площадки выходят на одну плоскость подложки.

Защитная плёнка из двуокиси кремния SiО₂, нанесённая на поверхность подложки, служит для защиты от внешних воздействий.

После окончания технологического цикла подложки, разрезают алмазным резцом или лазерным лучом на отдельные кристаллы, представляющие ИМС.

Для изготовления транзисторов и других элементов в полупроводниковых ИМС и межэлементных соединениях в настоящее время используется несколько разновидностей планарной технологии.

Наиболее широко используются: диффузионная и планарно-эпитаксиальная технологии с изоляцией элементов с помощью обратных рn – переходов.

(Эпитаксия – процесс наращивания из газовой базы тонкого полупроводникового слоя толщиной 10-15 мкм на полупроводниковую подложку с любым типом электропроводности).

Пленочные ИМС – ИМС, нанесенные в виде тонких пленок на изоляционную подложку из стекла или керамики.

Термин «тонкие пленки» относится к проводящим, полупроводниковым и непроводящим покрытиям толщиной до нескольких микрон. В состав пленочных схем входят как пассивные, так и активные элементы. Активные элементы в пленочном исполнении не нашли применение из-за сложности изготовления.

Пленочная технология позволяет изготовить с достаточно стабильными параметрами лишь пассивные элементы – резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, поэтому чисто пленочные ИМС представляют собой набор пассивных элементов.