Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
Главная -> Современная электроника

0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

последовательности технологических операций и не могут быть конструктивно отделены друг от друга. ,

Первые шаги в области интегральных схем относятся к 1958 г., когда специалисты американской фирмы «Тексас Инструменте» предложили создавать в Одном кристалле кремния различные области, выполняющие роль отдельных элементов электронной цепи [37]. В продаже первая интегральная схема появилась в США в 1960 г. [17]. Это было начало настоящей технической революции в электронике, приведшей со временем к повсеместному вытеснению из электронной аппаратуры традиционных деталей, таких, как отдельные транзисторы, конденсаторы, резисторы.

Классификация И С по выполняемым функциям основывается на их делении на логические (цифровые) ИС и линейные (аналоговые) ИС. Логические ИС предназначены для реализации логических функций и характеризуются конечным числом различимых значений выходного напряжения, в частности для них характерны два уровня выходного напряжения, соответствующие двум значениям двоичной переменной, О и 1. Линейные ИС предназначены для генерирования, усиления, формирования электрических сигналов, для них существенны непрерьшные изменения выходных и входных напряжений и токов. Иногда выделяют разновидность импульсных ИС, которые предназначены для генерирования, усиления и формирования импульсов.

2. Технология производства интегральных схем

Классификация ИС по технологическому признаку поясняется рис. 1. В соответствии с этой классификацией ИС делятся на два класса: ИС на полупроводниковых и ИС на изолирующих подложках (подложка - это пластинка, на поверхности которой формируются элементы электронной

Интегральные схемы (ИС)

ИС на полупроводниковой подложке

ИС иа изолирующей подложке

Монолитные ИС

Совмещенные ИС

Составные ИС

Пленочные ИС

Гибридно-пле-иочные ИС

Рис. 1. Классификация ИС по технологическому признаку

цепи ИС): К ИС на полупроводниковой подложке относятся монолитные и совмещенные ИС. Пленочные и гибридно-пленочные ИС изготавливаются на изолирующей подложке. Кроме того, выпускаются также составные ИС, в которых используют как полупроводниковые, так и изолирующие подложки.

Полупроводниковые монолитные И С изготавливаются, как правило, на кремниевой подложке с использованием планарно-эпитаксиальной технологии [39] («планарная» означает «плоскостная», «поверхностная»), Подложки в виде тонких (0,1-0,2 мм) круглых пластин нарезаются иэ монокристаллического кремниевого цилиндра, выращенного путем постепенного вытягивания затравки из расплавленного чистого поликристаллического кремния. Для получения соответствующей проводимости полупроводниковой подложки в расплав крем-




Рис. 2. Структуры диффузионного резистора и планарного транзистора в полупроводниковой ИС

ния при выращивании монокристалла могут быть добавлены примеси п- или р-типа.

Пластинки шлифуются и полируются до получения оптической чистоты поверхности. С одного края пластинок делают сегментообразный срез, служащий в дальнейшем в качестве базы для точной установки ориентации.

На полученных таким образом подложках наращивают эпитаксиальный слой (по-гречески «эпи» означает «над» и «тайней» - «располагать») толшиной в несколько сотых долей миллиметра путем осаждения из газовой среды при высокой температуре кремния, образующегося при восстановлении водородом четыреххлористого кремния. При этом кристаллическая решетка выращенного слоя является точным продолжением кристаллической решетки подложки. Добавка в основную смесь газов соответствующих примесей определяет проводимость получаемого эпитаксиального слоя. Обычно используют подложку р-типа и эпитаксиальный слой п-типа.

Окисляя затем пластинку кремния при температуре 900- 1200° С в атмосфере кислорода или водяного пара, на поверхности эпитаксиального слоя формируют тонкую изолирующую пленку двуокиси кремния.

Формирование в кремниевой пластинке отдельных участков разных типов проводимости производят с помощью диффузии примесей через окна, образованные в пленке двуокиси кремния. Для образования таких окон, как правило, применяется метод фотолитографии, включающий в себя нанесение на поверхность кристалла тонкого слоя светочувствительного полимера - фоторезиста. На фоторезист затем проектируется нужный рисунок, и полученное таким образом изображение проявляется. В результате одни участки фоторезиста полимеризуются и прочно сцепляются с основанием, другие - неполимеризованные - удаляются. Через окна, полученные таким образом в слое фоторезиста, производится травление пленки двуокиси кремния.

Отверстия в двуокиси кремния используются для диффузии в эпитаксиальный слой примесей р- или п-типов. Наиболее широкое применение для этих целей получили бор и фосфор, так как они хорошо диффундируют в кремнии и плохо - в двуокиси кремния.

В результате последовательного проведения нескольких циклов окисления, фотолитографии и диффузии в эпитаксиальном слое образуются участки, эквивалентные по своим свойствам резисторам, диодам и транзисторам. На рис. 2 схематически показаны диффузионный резистор и пленарный транзистор. Резистор отделен от коллекторной области транзистора двумя слоями полупроводника, однако гальванического соединения между ними нет, так как при любой полярности приложенного напряжения один из образующихся р - п-пе-реходов включен в прямом направлении, а второй - в обратном.

Соединения между элементами ИС производят с помощью напыления алюминия на слой двуокиси кремния с вытравленными в нем окнами для образования контактов. После напыления выполняют фотолитографическое травление алюминия и вплавление образовавшихся таким образом контактных площадок и соединительных дорожек [7].

Диаметр исходной пластины - подложки может составлять несколько сантиметров, в то время как площадь кристалла, необходимая для создания одной ИС, не превышает нескольких квадратных миллиметров (поверхностная плотность размещения составляет 10-50 элементов на 1 ммР-). Поэтому на одной подложке формируют сразу большое количество схем. После того как все элементы образованы, пластину разрезают с помощью алмазного резца на отдельные схемы. Каждую схему затем помещают в собственный герметизирующий



корпус. Соединение выводов корпуса со схемой производят золотыми проводниками диаметром 0,01-0,03 мм.

Описанный здесь технологический процесс является самым распространенным, но не единственно возможным. Находят, например, применение ИС с изоляцией элементов не запертыми р-п-переходами, а пленкой двуокиси кремния, ИС на сапфировой подложке и т. д. [2, 7, 22].

Рассмотрим свойства типичных элементов, получаемых посредством полупроводниковой технологии.

Диффузионные резисторы в полупроводниковых И С могут иметь сопротивление от 10 ом до 50 ком с допусками от ±10 до ±207о [7]. Причем высокоомные резисторы создают в процессе диффузии базовых областей, а низкоомные- в процессе диффузии эмиттерных областей, когда вводятся более высокие концентрации примеси.

Температурные коэффициенты сопротивления высокоомных диффузионных резисторов лежат в диапазбие (1-5) • 10~ \/град, для низкоомных резисторов эта величина на порядок меньше. Падение напряжения на резисторе ограничивается сверху Величиной порядка 20 в, так как при больших напряжениях может произойти пробой изолирующих р - п-переходов.

Конденсаторы в полупроводниковых И С обычно отсутствуют. Однако иногда в качестве конденсаторов используют запертые р-п-переходы. Барьерные емкости запертых переходов не превышают по величине нескольких сотен пикофард, имеют допуск ±20% и зависят от приложенного напряжения.

Диоды в полупроводниковых ИС, как правило, создаются на основе транзисторных структур. Чаще всего используют переход база-эмиттер транзистора, при этом коллектор соединяется накоротко с базой. Получаемый таким образом диод обладает максимальным быстродействием и низким прямым падением напряжени? (примерно 0,85 в). Если же нужно получить большое время восстановления обратного сопротивления диода, то используют параллельное включение переходов база-коллектор и база-эмиттер [7}.

Транзисторы в полупроводниковых И С могут быть биполярными и униполярными (канальными).

Для улучшения характеристик планерных биполярных транзисторов часто применяют шунтирование коллекторного перехода скрытым п+-слоем (рис. 2). При этом сопротивление коллектора уменьшается от нескольких сотен до нескольких десятков или единиц ом. Для образования скрытого слоя производят диффузию примесей (например, мышьяка) в отдельные места подложки еще до выращивания эпитаксиального слоя. Создается сильно насыщенная область п-типа. Этот же прием может быть использован для уменьшения контактного сопротивления при присоединении элементов ИС к алюминиевым соединительным дорожкам.

Униполярные (канальные, или полевые) транзисторы в полупроводниковых И С могут быть диффузионными и типа МДП. В обоих случаях проводимость полупроводникового канала между истоком и стоком (соответствует эмиттеру и коллектору в биполярном транзисторе) изменяется под действием напряжения, приложенного к затвору (соответствует базе), изолированному от канала. В случае диффузионного транзистора изоляция полупроводникового затвора от канала производится запертым р - п-переходом. В случае МДП транзистора металлический затвор изолируется от канала диэлектрической пленкой. Отсюда и название этого транзистора: металл - диэлектрик - полупроводник (МДП). Поскольку в интегральной технологии в качестве диэлектрика чаще всего используется двуокись кремния, широко применяют и другое название подобных канальных транзисторов: металл - окисел - полупроводник (МОП).

Сформировать в полупроводниковой ИС канальные транзисторы проще, чем биполярные. Особенно это относится к МДП-транзисторам. МДП-тран-зисторы могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала носителями под действием напряжения на затворе. В первом случае канал формируют при производстве ИС в виде области полупроводника того же типа проводимости, что исток и сток, но концентрация примесей в канале делается гораздо меньшей. Во втором случае при производстве ИС канал вообще никак не формируется, он образуется при приложении к за-



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47



0.0049
Яндекс.Метрика