1. Классификация интегральных микросхем, подготовительные операции, базовые элементы бис и сис, особенности производства и применяемых расходных материалов

1.1. Классификация интегральных микросхем, особенности их производства

Укрупнённая классификация интегральных микросхем, БИС и СИС. Особенности технологии БИС при их масштабировании. Общемировой рынок продаж. Тенденции развития спроса. Изделия микроэлектроники, выпускаемые предприятиями электронной промышленности Республики Беларусь.

Все интегральные микросхемы (ИС) можно классифицировать по конструктивно-технологическим признакам, функциональному назначению, структуре базового элемента и др.

По характеру обработки электрического сигнала ИС делятся на два больших класса: логические (цифровые) и линейные (аналоговые). По конструктивно-технологическим признакам все ИС можно разделить на три группы:

1 - полупроводниковые и совмещенные ИС (ППИС);

2 - гибридные ИС (ГИС);

3 - пленочные и прочие ИС (к ним также относят вакуумные и керамические ИС).

Полупроводниковые ИС - это ИС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла.

Совмещенная ИС - это ИС, часть элементов которой выполнено на поверхности полупроводниковых кристалла в виде металлических пленок.

ГИС - это ИС, часть элементов которой (обычно пассивные) выполнены в виде пленок (1-2 мкм - тонкопленочная, 10-70 мкм - толстопленочная), а другая часть - в виде кристаллов полупроводниковых ИС или микроминиатюрных ЭРЭ, расположенных на диэлектрической подложке и электрически связанных между собой пленочными межэлементными соединениями.

Пленочная ИС - это схема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок на диэлектрической подложке (при этом элементы преимущественно изготовлены методами вакуумного нанесения).

Толстопленочная ИС - это схема с толщиной пленок 10-70 мкм, элементы которой изготавливаются методами трафаретной печати (сеткография).

Различия между тонко- и толстопленочными ИС может быть количественным и качественным. К тонкопленочным ИС относят ИС с толщиной пленок < 1 мкм, к толстопленочным ИС - ИС с толщиной пленок 10-70 мкм. Качественные различия определяются технологией изготовления пленок. Элементы ТП ИС формируют вакуумными методами, а элементы толстопленочных ИС получают преимущественно методом сеткографии с последующим вжиганием.

Все ИС разделяются по степени интеграции. Степень интеграции ИС - показатель степени сложности микросхемы, характеризуемый числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Кроме степени интеграции (показатель К) используется термин плотности упаковки ИС, который определяет отношение числа элементов и компонентов ИС к ее объему (объем выводов не учитывается). Степень интеграции К определяется как :

,

где N - число элементов и компонентов, находящихся в кристалле и на поверхности ИС. Показатель Кокругляется до ближайшего целого числа.

ГОСТом предусмотрена классификация по показателю К(ГОСТ 17021-75):

1 степень: N <= 10 , 0 < К< 1 ;

2 степень: 10 < N < 100, К= 2 ;

3 степень: 100 < N < 1000, К= 3 и т. д.

В технической литературе используют также следующие термины: ИС (малой степени интеграции), СИС (средней степени интеграции), БИС (большие ИС), СБИС (сверхбольшие ИС) и УБИС (ультрабольшие ИС). Такое деление правомерно для цифровых ИС. Для них берется:

,

ИС - К= 1-5; СИС -К= 6-10; БИС -К= 11-16; СБИС -К= 16-21.

Подавляющее число логических ИС выпускаются в виде полупроводниковых, в то время как линейные ИС в основном изготавливаются по гибридной технологии.

Основные принципы технологии микроэлектроники - групповой метод и планарная технология - были известны еще до изготовления ИС. Эти методы были освоены в дискретной транзисторной технике в конце 50-х годов. При изготовлении транзисторов, например, осуществлялась их технологическая интеграция (по времени), обусловленная групповым методом изготовления. Групповой метод состоит в том, что на одной или чаще многих полупроводниковых пластинах одновременно формируют определенное число ЭРЭ (резистор, транзистор, диод). Сущность планарной технологии заключается в том, что одновременно формируемые элементы расположены или на поверхности подложки (ГИС) или в приповерхностном слое полупроводниковых пластины (plane плоскость).

Затем подложки или пластины разрезают (скрайбируют) на кристалл или платы. Каждый кристалл при этом будет содержать определенный ЭРЭ (R, D, T и т.д. – рисунок 1.1).

Если же на исходной пластине вместо отдельных ЭРЭ формируют такими же методами комплекс ЭРЭ функционального узла (R + D + T ), то после соответствующего разделения пластины на кристаллы получаются уже кристаллы ИС, выполняющих определенную функцию (рисунок 1.2).

Термин кристалл официально принят для готовых полупроводниковых приборов и ИС без внешних выводов и корпуса. Однако этот принцип несколько неудачен, т.к. он совпадает с общим физическим понятием кристалла. В зарубежной литературе используется специальный термин "чип" - (chip).

Таким образом, интегральной микросхемой (ИС) называют изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала, и имеющую высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и кристаллов, рассматриваемое с точки зрения требований к испытаниям, приемке и эксплуатации как единое целое. ИС - содержит элементы и компоненты.

Элементом ИС называется часть схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (например, транзистора, диода, резистора). Эта часть выполняется неразделимо от кристалла или ее подложки. Элемент не может быть отделен от ИС как самостоятельное изделие, поэтому его нельзя испытать и эксплуатировать.

Компонентом ИС также называется её часть, реализующая функции какого-либо электрорадиоэлемента. Однако эта часть перед компонентом является самостоятельным изделием. Компонент в принципе может быть отделен от изготовленной ИС.

Подложка ИС - диэлектрическое основание для пленочных или гибридных ИС.

Плата ИМС - часть подложки пленочной или гибридной ИС.

Пластина - монокристаллическая полупроводниковая подложка, вырезанная из слитка полупроводникового материала и предназначенная для изготовления полупроводниковой ИС.

Кристалл ИМС - часть полупроводниковой пластины в объёме и на поверхности которого сформированы элементы единичной ИС.

Рисунок 1.1 – Групповой метод изготовления дискретных элементов (транзисторов)

Рисунок 1.2 – Групповой метод изготовления ИС