Тема 3 – Основы микроэлектроники

§3.1 Основные понятия микроэлектроники

Микроэлектроника - это область науки и техники, связанная с созданием и применением интегральных микросхем /ИМС/.

Интегральная микросхема /ИМС/ – совокупность взаимосвязанных транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п., изготовленных в едином технологическом цикле, конструктивно оформленных как единое целое и выполняющих определённую функцию преобразования сигнала.

Под элементами ИМС будем понимать входящие в её состав транзисторы, диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.д., которые не могут быть выделены из неё в виде самостоятельных изделий.

Компоненты ИМС - транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы и т.д., которые могут быть отделены от ИМС и заменены на другие.

ИМС по конструктивно-технологическим признакам делятся на:

1. Монолитные – все элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки

2. Плёночные – все элементы выполнены в виде разного рода плёнок на поверхности диэлектрической подложки /пассивные интегральные схемы/

3. Гибридные – представляют собой комбинация плёночных пассивных элементов и дискретных активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. Дискретные компоненты называют навесными. Навесным компонентом может быть монолитная ИМС.

4. Совмещённые - активные элементы выполняют в приповерхностном слое полупроводниковой подложки, а пассивные в виде плёнок, на предварительно изолированной поверхности того же кристалла.

Монолитные ИМС по типу использования активных элементов делятся на:

1. Биполярные схемы (на биполярных транзисторах)

2. МОП (металл-окись-полупроводник)

Сложность монолитных ИМС принято характеризовать количеством элементов на кристалле истепенью интеграции .

Уровень технологии ИМС характеризует плотность упаковки, под которой понимают количество элементов на единицу площади кристаллов.

Гибридные плёночные ИМС делятся на:

• Толстоплёночные - плёнки на поверхности диэлектрика формируются нанесением через трафарет разного рода паст

• Тонкоплёночные - плёнки формируют путём напыления соответствующего материала в вакууме. Для создания рисунка используют маски.

Используется “свидетель” – резистор, который подключается к микросхеме и по достижению напряжения процесс заканчивается.

Удельное сопротивление плёнок измеряется в /Ом на квадрат/.

По виду обрабатываемого сигнала ИМС делятся на:

1. Аналоговые

2. Цифровые

§3.2 Изоляция элементов в монолитных имс

Все методы изоляции делятся на:

1. Изоляция обратно смещённым p-n-переходом

2. Изоляция диэлектриком

Метод трёх диффузий. 1 недостаток: диффузия длится очень долго /десятки часов/

Метод разделительной диффузии.

Эпитаксио-технологический процесс выращивания монокристаллов.

Горизонтальная составляющая тока в коллекторе вызывает нагревание /коллектор слабо легирован большее сопротивление/. Для уменьшения сопротивления делается скрытыйn⁺ слой на дне кармана.

Перед тем, как выращивать эпитаксиальный слой, на дне будущих карманов методом локальной диффузии формируется n⁺ слой, затем проводится эпитаксиальное наращивание.

Это изоляция методом обратно смещённого перехода.

Изопланарная технология – метод прокисления /SiO₂/. Это комбинированный метод.

Рассмотрим изоляцию диэлектриком. Одна из распространённых технологий - ЭПИК-процесс.

1. Берется пластина полупроводника n-типа с параметрами коллектора

2. Затем на этой пластине выращивается эпитаксиальный слой – это будущий скрытый n⁺ слой

3. Вытравливаются канавки. Затем вся рельефная структура окисляется

4. Дальше – сверху методом напыления наращивается поликристаллический кремний /Si/ толщиной 200…300 мкм. Назначение – чисто механическое удерживание. Встречается керамика, но она дороже.

5. Затем – всё, что ниже Si сошлефовывается/удаляется/ механической обработкой..

6. Результат…