67. Дві основні технології виготовлення інтегральних схем. Різновиди гібридних інтегральних схем. Резистори. Конденсатори. Індуктивності. Діоди. Їх виготовлення.

Основою мікроелектроніки є метод інтеграції (об'єднання) елементів. При цьому сукупність елементів ІС і міжз'єднань виготовляється в єдиному технологічному процесі – одержують закінчений функціональний вузол. Автономно або разом із додатковими елементами цей вузол власне утворює інтегральну схему.Застосовуються дві основні технології виготовлення ІС – гібридна і напівпровідникова.До технології виготовлення ІС ставлять 2 суперечливі вимоги:

1 Підвищений ступінь інтеграції. 2 Необхідно мати універсальні ІС.

Гібридна технологія полягає у наступному. На відшліфовану діелектричну підкладку за допомогою масок наносяться плівки резистивних і провідникових матеріалів, а також контактні площадки.

Плівкова ІС – це така, у якої елементи і міжз'єднання виготовляються з плівок необхідної форми з різними електрофізичними властивостями і розміщуються на поверхні діелектричної підкладки або діелектричної плівки.

Гібридна технологія полягає у наступному (рис.). На відшліфовану діелектричну підкладку (скло, кераміка) за допомогою масок наносяться плівки резистивних і провідникових матеріалів, а також контактні площадки. Активні елементи за плівковою технологією, як уже зазначалося, не виготовляються, а виробляються окремо,

Розрізняють два різновиди гібридних ІС:

• товстоплівкові, у яких товщина нанесених плівок ∆>10 мкм;

• тонкоплівкові, у яких ∆≤1-2 мкм. Плівкові резистори (рис.) мають значно більший діапазон номінальних значень і менший розкид параметрів порівняно з дифузійними резисторами (виготовленими за напівпровідниковою технологією).

Діоди.Замість діодів застосовуються біполярні транз. у діодному вмиканні.

Існує п'ять варіантів такого вмикання.У цих варіантах різною є пробійна напруга. У варіантах 1, 3 і 4 Uпроб = (5-7) В. У варіантах 2 і 5 Uпроб = (20-50) В. У варіантах 1 і 4 зворотні струми малі, бо площа емітерного переходу менша за площу колекторного. Найбільший зворотний струм у схемі 3 за рахунок паралельного вмикання переходів.

Найбільшу швидкодію виявляє варіант 1 (час перемикання – одиниці наносекунд). У варіанті 4, де також застосовується тільки емітерний перехід, час перемикання в кілька разів вищий. Обидва варіанти мають мінімальну ємність (частки пФ). Варіанти 1 і 4 застосовуються у швидкодійних низьковольтних схемах. Варіант 3 має макс. час перемикання (до 100 нс) і дещо більшу ємність.Найчастіше застосовуються варіанти 1, 4. Варіант 1 у прямому вмиканні використовується як стабілізатор для стабілізації 0,7 В (або як напруги, кратної 0,7 В, при послідовному з'єднанні таких діодів).

Резистори

Так звані дифузійні резистори одержують з бази інтегрального біполярного транз.а (рис.). Опір таких резисторів залежить від концентрації домішок НП і геометричних розмірів ділянки кристала.

Номінал опору перебуває в межах десятків Ом – десятків кОм, розсіювана потужність становить 0,1 Вт, допуск номіналу – 15 - 20%. На відміну від звичайних активних опорів дифузійні резистори є частотозалежними з причини впливу бар'єрної ємності ізолюючого – переходу. У НП ІС застосовуються і т. зв. квазілінійні резистори на МДН – транз.ах з індукованим каналом (рис.). У них використовується ділянка вихідної (стокової) х-ки до настання перекриття каналу. Змінюючи величину напруги Uз, ми перестроюємо квазілінійний резистор. Опір таких елементів набуває значень від сотень Ом до десятків кОм.Можуть застосовуватися також т.зв. пінч-резистори, в яких реалізується структура польового транз.а з керувальним p–n переходом.

Конденсатори.

Найчастіше застосовуються дифузійні конденсатори, в яких основним параметром є бар'єрна ємність p-n–переходу, що, як відомо, залежить від площі переходу, діелектричної проникності ε НП , концентрації домішок і прикладеної зворотної напр. (рис. )

Ємність цих елементів набуває значень від 500 до 1500 пФ з допуском ±20%. Номінал ємності визначає фіксована зворотна напруга. Дифузійні конденсатори можуть працювати і як конденсатори змінної ємності: змінюючи зворотну напругу від 1 до 10 В, змінюють ємність у 2-2,5 раза.

У напівпровідникових ІС застосовують МОН– конден­сатори (т. зв. металооксидні конденсатори) (рис.).

Однією обкладкою є дифузійний шар n⁺, на якому створюється плівка SiO₂. Поверх цього шару наноситься алюмінієва плівка, яка відіграє роль другої обкладки. Ємність С ≤ 500 пФ, допуск ±25%. У таких конденсаторах, на відміну від дифузійних, немає необхідності строго дотримуватися полярності вмикання. Крім того, в них відсутня нелінійна залежність ємності від напруги.

67. Технології виготовлення інтегральних МДП структур. Планарно-епітаксійна та планарно-дифузійна технології. Недоліки планарно-дифузійної технології. Виготовлення біполярних та багатоемітерних транз.ів. БТ з бар'єром Шотткі.

НП (монолітна, твердотільна) технологія більш придатна для масового виробництва ІС з високим ступенем інтеграції, х-ки яких не критичні щодо розкиду параметрів пасивних елементів, їх температурної нестабільності і впливу паразитних зв'язків. Усі елементи НП ІС виконані всередині Нп кристала – чіпа.

Товщина чіпа – 200-300 мкм, горизонтальні розміри – від 1,51,5 мм до 6,06,0 мм.Планарно-дифузійна технологія виготовлення біполярних НП інтегральних схем

На кремнієвому кристалі (рис.) створюється тонкий шар двоокису SiO2. На нього наноситься шар 1 фоторезиста. Це речовина, яка під дією опромінення стає кислотостій­кою. Фоторезист опромінюється ультрафіолетовими променями через фотошаблон 3 (фотопластинка з відповідним рисунком із прозорих і непрозорих ділянок). Опромінені ділянки 5 витравлюються травником. Цей процес назива­ється фотолітографією. Планарно-дифузійна технологія має такі недоліки:

• нерівномірний розподіл домішок у областях;

нерівномірний опір колектора і збільшення його значення;

• відсутні чіткі межі переходів, що призводить до зменшення напруги пробою між колектором і підкладкою;

підкладка дуже впливає на електричні параметри транз.а ІС.

Натомість біполярні інтегральні транз., виготовлені за планарно-епітаксійною технологією, відзначаються рівномірним розподілом домішок.

Для підвищення швидкодії транз.а у ключовому режимі (зниження часу розсмоктування неосновних носіїв у базі) застосовується легування бази золотом, яке прискорює рекомбінацію. Але більш ефективним з цією метою є застосування транз.ів з бар'єром Шотткі, у яких колекторний перехід зашунтований діодом Шотткі (рис. ).

Діод Шотткі побудований на основі контакту «метал-напівпровідник» і має випрямні властивості. У цій конструкції діод Шотткі створюється у місці контакту металу з високоомною колекторною областю. У режимі відсічки і активному режимі потенціал колектора більший за потенціал бази (К>Б), діод Шотткі закритий, і транз. із бар'єром Шотткі працює як звичайний біполярний транз.. У режимі насичення К<Б діод Шотткі відкривається, основна частина базового струму протікає у колектор через відкритий діод. Тому надлишковий заряд у базі не накопичується, і через це при вимкненні транз.а (при переході з режиму насичення до режиму відсічки або активного режиму) буде відсутньою стадія розсмоктування надлишкового заряду у базі.

125