Технология микросхем

Основополагающая идея микроэлектроники - интеграция схемотехнических, конструкторских и технологических решений при достижении заданных эксплутационно-технических параметров. При технологическом проектировании разрабатывается оптимальная структура техпроцесса обработки и сборки ИМС, обеспечивающая воспроизводимость, минимальную трудоемкость и стоимость.

Применяют 2 основных метода изготовления ИМС: полупроводниковый и пленочный. Первый заключается в локальной обработке микроучастков полупроводникового кристалл и придании им свойств, присущим функциям отдельных элементов и их соединений (п/п ИМС). Второй основан на использовании послойного нанесения тонких пленок различных материалов на общее основание (подложку) при одновременном формировании на них схемных элементов и их соединений (пленочных ИМС). Важное преимущество пленочных ИМС - возможность одновременного создания большого количества высококачественных пассивных элементов и соединений между ними, но невозможно выполнение стабильных активных элементов, которые являлись бы органической частью конструкции. В результате комбинирования этих двух методов созданы гибридные интегральные микросхемы (ГИС), в которых используются пленочные пассивные элементы (резистор, конденсатор) и микроминиатюрные активные (транзистор, диод и их сборки). Исторически полупроводниковые ИМС возникли на базе мезатехнологии отдельных элементов(диодов, транзисторов), путем термической диффузии, при которой базовые и эмиттерные области уступами возвышались над коллекторным слоем единой пластины. Использование в дальнейшем технологии диффузии примесей в твердой фазе позволило перейти к групповой технологии, т.е. созданию множества элементов на одной пластине. Это снизило трудоемкость изготовления, стоимость приборов и создало предпосылки перехода к изготовлению п/п ИМС. Разработка процесса фотолитографии и окисного маскирования позволило перейти к планарной технологии, которая обеспечивает выход всех областей элементов схемы (R,C,V,D) на общую плоскость пластинки, и групповой обработке большого количества идентичных схем на общей пластине (групповая пластина).

 

 

Основные понятия и определения (ГОСТ17021-75)

П/п ИМС – это функциональный электронный узел, элементы и соединения которого конструктивно не разделимы и изготавливаются одновременно в едином технологическом процессе в объеме и на поверхности общего кристалла. Объединение их в функциональную схему осуществляют пленочными проводниками по поверхности пластины (межсоединения).

 

Рисунок 25

Интегральная технология представляет собой совокупность методов обработки, позволяющей при наличии структурного подобия (технологической совместимости (R,C,VT,VD) различных элементов ИМС формировать их одновременно в едином техпроцессе.

Структура ИМС (МДП, И²Л, КМДП, МДП-КНС, МОП и т.д.) определяет последовательность слоев в составе микросхемы по нормали к поверхности кристалла, различающиеся материалом, толщиной и электрофизическими свойствами. Выпускаемые ИМС в составе одной серии различного функционального назначения имеют единую структуру, т.е. единую базовую технологию: определенная технологическая последовательность обработки, определенный комплект оборудования, отработанная настройка оборудования, жесткие технологические режимы. Функциональное назначение ИМС определяется общей и послойной топологией (межсоединениями областей элементов), а обеспечивается фотолитографией – процессом избирательного травления поверхностных слоев с применением защитной фотомаски для создания окисной маски для избирательной диффузии примесей n- или p- типа.

 

Гибридные ИМС

Производство п/п ИМС оказывается целесообразным лишь в крупносерийном и массовом производстве, когда оправданы значительные затраты на подготовку производства (в основном на проектирование и изготовление фотошаблонов). Кроме того имеются ограничения на параметры элементов ИМС: невысокая точность диффузионных резисторов (); невозможность их подгонки; невозможность получения конденсаторов большой емкости; ограничения по мощности и др. Поэтому разрабатывают и выпускают ГИС, которые наиболее распространены в приборостроении. Технологической основой ГИС является нанесение R, C, проводников и контактов в виде пленок соответствующих материалов на диэлектрическую пассивную подложку (ситал, керамика, стекло) с чистотой обработки R_a=0,01. Активные элементы (VТ,VD) изготавливают по известной полупроводниковой технологии, а затем монтируют на общей подложке.

Рисунок 26

В зависимости от метода нанесения пленочных элементов на подложку различают тонкопленочные и толстопленочные (трафаретная печать) ГИС. ГИС имеют более худшие технологические показатели (размеры, массу, быстродействие, надежность), чем п/п ИМС, но более дешевые за счет менее жестких требований к трафаретам и фотошаблонам (ФШ), с помощью которых формируют пленочные элементы, и менее дорогостоящее оборудование. Погрешность резисторов ГИС , конденсаторов , а с применением подгонки до . ГИС позволяет реализовать любые функциональные схемы.

Совмещенная ИМС – это интегральная п/п ИМС, в которой некоторые элементы (обычно пассивные) наносят на поверхность пластины (кристалла) методами пленочной технологии.

 

Рисунок 27