Принцип виготовлення напівпровідникових ІМС

Напівпровідникові (монолітні) ІC виробляють на спільній для всіх елементів напівпровідниковій основі (рис. 2.5.6), переважно — це багато-кристальний кремній. При такій технології всі елементи формуються в одному технологічному циклі. Використання ІC дає змогу уникнути шкідливої роботи (паяння окремих елементів) й разом з тим забезпе­чити надійність схем. Основна перевага — це мала споживана потуж­ність (до 200 мВт, а для логічних ІC — до 100 мкВт), а також висока тривалість роботи — до 10⁸ годин. Крім того, досягається значне змен­шення габаритів і вартості готової продукції.

Основний принцип отримання напівпровідникових ІМС заклечається в тому, що вони створюються в єдиному технологічному циклі, тобто всі активні і пасивні елементи цих схем формуються одночасно на одній і тій же несучій конструкції – основі.

В основу створення напівпровідникових ІМС покладені груповий метод і планарна технологія. Суть групового методу є в тому (дискретна техніка), що на пластині напівпровідника одночасно виготовляється множина однотипних напівпровідникових приладів.

Е Б К А К

Рис. 2.5.6. Приклад структури напівпровідникової ІС

Далі пластина розрізається на сотні окремих кристалів, які містять по одному приладу даного типу. Отримані прилади поміщують в корпуси з зовнішніми виводами і в такому вигляді поступають до розробника апаратури. В інтегральній техніці на вихідній напівпровідниковій пластині одночасно виготовляються не окремі прилади, а цілі функціонально закінчені вузли, які складаються із транзисторів, діодів, конденсаторів та ін. ці елементи з’єднуються один з одним не провідниками і пайкою, а короткими тонкими металевими смужками, що напилюються на поверхню пластини. Для цього комутаційні електроди всіх елементів виводяться на поверхню пластини і розміщуються в одній площині в одному плані. Таку можливість забезпечує спеціальна планарна технологія виготовлення напівпровідникових ІМС.

Напівпровідникові інтегральні схеми в основному виготовляються з кремнію.

Основними процесами створення компонентів напівпровідникових інтегральних схем є технологічні процеси створення p-n-переходів, за допомогою яких формуються як активні, так і пасивні компоненти інтегральних схем – транзистори, діоди, резистори, конденсатори і т.д. такими процесами є дифузія домі шків в кремній і епітаксильне нарощення монокристалічних шарів кремнію на кремнієву основу, яка має протилежний тип провідності. У відповідності з цим за технологією виготовлення сучасні інтегральні схеми можна розділити на схеми, що виготовляються з застосування лише процесів дифузії, і схеми, при створенні яких використовуються як процеси дифузії, так і процеси епітаксильного нарощування.

Технологія виготовлення інтегральних схем першого типу отримала назву планарної, а другого типу – епітаксильно-планарної.

Особливий тип напівпровідникових інтегральних схем складають мікросхеми, виконані на так званій сумісній технології. В цьому випадку активні елементи виготовляються по планарній або планарно-епітаксильній технології в об’ємі напівпровідникового кристалу, а пасивні елементи – методами тонко плівкової технології на його поверхні.

Великі ІМС

Великою інтегральною схемою називається така схема, в корпусі якої на одній пластині (або в її об’ємі) міститься велика кількість (10² і більше) схемних комірок, з’єднаних між собою в складну функціональну схему.

Головна мета переходу до ВІС – отримання більш високих якісних показників і більшої надійності електронних пристроїв при менших затратах. Підвищення надійності ВІС обумовлено, головним чином, застосуванням більш якісних компонентів, зменшенням кількості зварних з’єднань і кількості технологічних операцій. Наприклад, з’єднання кристал – вивід корпусу – друкований провідник – вивід корпусу – кристал замінюється в ВІС одним напиленим на пластину тонко плівковим з’єднанням.

За технологічною ознакою розрізняють гібридні і напівпровідникові (монолітні) ВІС. Для побудови гібридних ВІС застосовують багатошарову товсто- і тонко плівкову розводку, яка дозволяє здійснити комутацію без корпусних інтегральних мікросхем і плівкових пасивних елементів. При виготовленні напівпровідникових ВІС застосовують базові кристали в вигляді матриць біполярних або польових транзисторів.

Контрольні питання і вправи

1. Яки принципи покладені в основу створення напівпровідникових ІМС?
2. Як пояснити термін «планарна технолдолгія» стосовно до виготовлення напівпровідникових ІМС?
3. Дайте характеристику сучасних ВІС.