16

Контрольные вопросы

1.Приведите классификацию интегральных схем.

2.Какова структура полупроводниковой микросхемы?

3.Какова структура гибридной микросхемы?

4.Какие технологические операции применяются при изготовлении интегральных схем?

5.Как в интегральной технологии создаются элементы схем?

6.Каковы особенности методов интегральной технологии?

7.С чем связаны ограничения миниатюризации микросхем?

2. МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ

2.1. Классификация материалов

Материалы, используемые при изготовлении полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники можно подразделить на четыре группы: основные, технологические, конструкционные и вспомогательные.

К основным материалам относят полупроводниковые, являющиеся основой при изготовлении полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, светоизлучающий приборов, фотопреобразователей, солнечных батарей, твердотельных лазеров и многих других изделий микроэлектроники.

Технологические материалы различного назначения применяют в технологических процессах производства микроэлектронных изделий. К ним относится: абразивные материалы для механической обработки исходных полупроводниковых слитков и пластин; химические материалы (растворители и травители) для обезжиривания и травления полупроводниковых пластин, а также химические реагенты для создания на их поверхности различных защитных диэлектрических покрытий (пленок SiO2 , Si3N4 , Al2O3); материалы, позволяющие формировать на поверхности пластин рельефный рисунок требуемой геометрической формы (фоторезисты, ренгено- и электронорезисты); диффузанты – вещества, необходимые для создания определенных областей в полупроводниковых пластинах при проведении технологических процессов диффузии; легирующие материалы (лаки, эмали, компаунды и др.), используемые для изоляции активных и пассивных элементов ИМС от воздействия окружающей среды.

Конструкционные материалы в основном используют для изготовления корпусов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. К ним относятся металлы, сплавы, стекла, керамика, пластмассы и клеи.

Вспомогательные материалы предназначены в первую очередь для обеспечения необходимых условий (газовых сред) при проведении многих технологических операций производственного процесса (диффузии, окисления, создания омических контактов, сушки, сборки, пайки, герметизации и др.). к вспомогательным относят также материалы для изготовления приспособлений и оснастки (кассет, лодочек, тиглей,

17

подставок, травильных устройств и др.). кроме того, на многих технологических операциях важную роль играет особо чистая вода. Для придания готовым изделиям товарного вида используют различные краски.

С точки зрения зонной теории твердого тела, к полупроводниковым относятся материалы, у которых валентная зона и зона проводимости не перекрываются, а энергетический зазор между ними относительно невелик. По величине электропроводности полупроводниковые материалы занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Главная же особенность полупроводниковых материалов заключается в том, что их электропроводность обладает большой чувствительностью к внешним воздействиям: изменению температуры, напряженности электрического поля, давлению, содержанию примесей и пр.

Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, в нем происходит процесс поляризации, характеризующийся возникновением электрического дипольного момента каждого элементарного объема диэлектрика. Диэлектрики, в которых поляризация возникает без влияния внешнего электрического поля – самопроизвольно (спонтанно), называют сегнетоэлектриками. Поляризация может происходить также при приложении к диэлектрику механического напряжения. Процессы поляризации диэлектриков характеризуются диэлектрической проницаемостью и диэлектрической восприимчивостью.

Диэлектрическая проницаемость определяется отношением емкости конденсатора, в котором в качестве изолятора использован исследуемый диэлектрик, к емкости такого же конденсатора, изолятором в котором является вакуум.

Диэлектрическая восприимчивость показывает способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Важной характеристикой диэлектриков является поверхностная электропроводность. Физические процессы, протекающие на поверхности диэлектрика, связаны с образованием адсорбированных слоев влаги и газов.

Минимальное напряжение, которое приводит к пробою диэлектрика, называют пробивным. Пробивное напряжение характеризует способность диэлектрического материала противостоять электрическому полю.

Пластмассами называют материалы, получаемые на основе природных или синтетических смол (полимеров) и способные под действием нагрева и давления формироваться в изделия нужной формы, а затем устойчиво ее сохранять.

Пластмассы состоят из основы (связующего вещества), наполнителя, отвердителя, пластификатора и смазывающих добавок. В качестве связующего вещества используют различные эпоксидные, кремнийорганические и полиэфирные смолы. Наполнитель обеспечивает требуемые механические свойства пластмасс и представляет собой порошок из стекла, талька, асбеста графита или других материалов. Отвердитель является важной составной частью пластмасс, так как обеспечивает переход смол из жидкого тягучего состояния в твёрдое. В качестве отвердителей

18

используют диэтилентриамин, гексаметилендиамин и др. Пластификатор повышает эластичность пластмасс. В качестве пластификаторов используют эфиры многоатомныхспиртов, олеиновую кислоту, стеарин и дибутилфталат. Смазывающие добавки (воск, парафин) позволяет избежать прилипания пластмассы к стенкам литьевой формы.

По виду связующего материала пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы под действием температуры могут переходить из жидкого состояния в твёрдое (при охлаждении) и из твердого в жидкое (при повторном нагреве), т.е. являются термообратимыми.

Термореактивные пластмассы под действием температуры переходят из жидкого состояния в твёрдое (при охлаждении), но при повторном нагреве не переходят из твердого состояния в жидкое, т.е. являются термонеобратимыми.

Стекло широко используют при изготовлении различных корпусов полупроводниковых приборов и ИМС, а также металлостеклянных спаев, проходных изоляторов и оптических линз для оптоэлектронных приборов. Все стекла можно условно разделить на две группы: тугоплавкие, КТР которых не превышает 5*10–6 1/С0, и легкоплавкие с более высоким КТР.

Тугоплавкие стекла имеют боросиликатную или алюмосиликатную основу, обладают высокими диэлектрическими свойствами, большими термостойкостью, температурой размягчения и механической прочностью.

Легкоплавкие стекла имеют свинцовый, баритовый или магнезиальный состав.

Керамику – твердый и плотный материал, широко применяемый при изготовлении элементов корпусов, получают спеканием неорганических солей с различными минералами или оксидами металлов. Исходные компоненты могут быть непластичными (кристаллообразующими) и пластичными. Кристаллообразующими компонентами являются неорганические соли (хлористые алюминий, железо, магний, и др.), минералы (кварц, глинозем, титана и др.), оксиды металлов (циркония, бария, кальция, магния, титана и др.) и карбонаты, а пластичными – различные глинистые материалы, облегчающие оформление заготовок и деталей.

В зависимости от воздействия магнитного поля все материалы можно разделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.

Диамагнетики – это вещества, магнитная восприимчивость которых отрицательна и на зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся некоторые металлы (медь, серебро, золото, цинк и др.), полупроводники (германий, кремний, соединения типа ? ) и большинство органических соединений.

Парамагнетики – это вещества, обладающие положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К парамагнетикам относятся щелочные, щелочноземельные и