Технология интегральных микросхем

Микросхемы общего и специального применения существенно отличаются друг от друга по конструкции, по масштабу и технологии производства. Технология изготовления микросхем представляет собой совокупность механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов).

Полупроводниковой называют интегральную микросхему (ИС), в основе структуры которой применен полупроводниковый материал. Пленочной называют ИС, состоящую из пленочных элементов, выполненных на изолирующих поверхностях (подложках) в виде слоистых комбинаций с различными электрическими свойствами. Пленочные ИС могут быть выполнены на тонких и на толстых пленках или при сочетании тех и других.

Производство ИС началось примерно с 1959г. на основе планарной технологии (от английского слова planar-плоский).

В 1957г. была показана возможность локальной диффузии донорных и акцепторных примесей в кремний с использованием в качестве защитной маски пленки двуокиси кремния, выращенной на поверхности кремния при высокотемпературной обработке в окислительной среде (термическое окисление). В 1958г. разработан метод фотолитографии, позволивший создавать p-n переходы малых размеров и сложных конфигураций с помощью фотографических методов и локальной диффузии.

Наиболее отработанной является технология изготовления транзисторов. Комбинируя соединения транзисторов, получают сопротивления, емкости, индуктивности и другие пассивные или активные элементы схемы.

Вопросы разработки ИС требуют знания закономерностей размещения элементов на данном геометрическом уровне - топологии. Топология предполагает оптимальное взаимное расположение элементов в слое микросхемы с соблюдением стандартов и возможностей технологии изготовления. В качестве подложек микросхем используются стеклоподобные материалы (ситталы, сапфир), керамика и полимерные материалы. Микросхему начинают формировать с комбинации кремний – подложка. При этом различают КВД - кремний в диэлектрике; КНД - кремний на диэлектрике; КНС - кремний на сапфире.

В качестве резисторов используются пленки железа, хрома, никеля, алюминия, меди. Резисторы для улучшения теплоотвода располагают ближе к краям, а частотозависимые элементы (трансформаторы, дроссели, индуктивности, конденсаторы) при определенном взаимном расположении друг относительно друга. Материалами для резисторов служат железо, хром, никель. Мощность резистора микросхемы не превышает 0, 25 Вт/см². Подгонку номиналов резисторов выполняют на специальных стендах выжиганием части пленки лазером, локальной напайки или комбинацией параллельного и последовательного соединения. Для формирования конденсаторов используется система: металл – диэлектрик - металл. При формировании конденсаторов учитывают собственную емкость и индуктивность системы относительно подложки. В последнее время широкое распространение находит синтез реактивных элементов непосредственно из элементов микросхемы. В основу синтеза положены закономерности сложения и передачи сигналов произвольной формы. Межслойная изоляция микросхем может выполняться стеклом, напылением кремния или пленок переходных металлов (алюминия, титана, циркония и др.) с последующим окислением или азотированием. Полученные пленки SiO₂, SiN, TiO и др. обладают хорошими изолирующими свойствами. В ряде случаев для расширения функциональных свойств изоляцию проводят полупроводниковыми пленками. Для увеличения электрической прочности изоляцию располагают в форме U и V канавок (изоляция U и V канавками)

В последнее время широко распространились методы диффузионной изоляции, основанные на формировании изоляции между элементами методами локальной примеси элементов. Соединения элементов выполняются перемычками, коммутационными дорожками и контактными площадками. Основное требование к подобным элементам - паяемость и формирование невыпрямляющего контакта. Материалами соединяющих элементов служит алюминий, медь, никель, железо и др., запыленные с толщиной до 5 мкм.