18

ЛЕКЦИЯ 12. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

1. Классификация изделий микроэлектроники. Термины и определения

Микроэлектроника – современное направление электроники, включающее исследование, конструирование и производство интегральных схем (ИС) и радиоэлектронной аппаратуры на их основе. Основной задачей микроэлектроники является создание микроминиатюрной аппаратуры с высокой надежностью и воспроизводимостью, низкой стоимостью, низким энергопотреблением и высокой функциональной сложностью.

Интегральная схема (микросхема) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала, накапливания информации и имеющее высокую плотность электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое.

Элемент – часть интегральной схемы, реализующий функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие. Под радиоэлементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор и т.п. Элементы могут выполнять и более сложные функции, например логические (логические элементы) или запоминание информации (элементы памяти).

Компонент – часть интегральной схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие. Компоненты устанавливаются на подложке микросхемы при выполнении сборочно-монтажных операций. К простым компонентам относятся бескорпусные диоды и транзисторы, специальные типы конденсаторов, малогабаритные катушки индуктивности и др. Сложные компоненты содержат несколько элементов, например диодные или транзисторные сборки.

Критерием сложности ИС, т.е. числа N содержащихся в ней элементов и простых компонентов, является степень интеграции, определяемая коэффициентом k=lgN, значение которого округляется до ближайшего большего целого числа. Так, ИС первой степени интеграции (k = 1) содержит до 10 элементов и простых компонентов, второй степени интеграции (k = 2) – от 10 до 100, третьей степени интеграции (k = 3) – от 1000 до 10000 и т.д. Интегральную схему, содержащую 500 и более элементов, изготовленных по биполярной технологии, или 1000 и более, изготовленных по МДП-технологии, называют большой интегральной схемой (БИС). Если число N превышает 10000, то ИС называют сверхбольшой (СБИС). На смену СБИС приходят так называемые ультрабольшие интегральные схемы (УБИС), содержащие на одном кристалле от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов элементов.

Важным показателем качества технологии и конструкции ИС является плотность упаковки элементов на кристалле – число элементов, приходящихся на единицу его площади. Кроме уменьшения размеров элементов для повышения плотности элементов на кристалле используется совмещение нескольких (обычно двух) функций некоторыми областями полупроводникового кристалла, а также трехмерные структуры, разделенные диэлектрическими прослойками.

Уровень технологии характеризуется минимальным технологическим размером , т.е. наименьшими достижимыми размерами легированной области в полупроводниковом слое или пленочном слое на поверхности, например минимальной шириной эмиттера, шириной проводников, расстояниями между ними. Для полупроводниковых ИС уменьшение по мере совершенствования технологии приводит к улучшению их электрических параметров, например повышению быстродействия из-за снижения паразитных емкостей р-n-переходов, увеличению крутизны полевых транзисторов.

По функциональному назначению ИС подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых ИС сигнал изменяется как непрерывная функция. Самая распространенная аналоговая ИС – так называемый операционный усилитель, а также ИС диапазона высоких и сверхвысоких частот. Цифровые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, представленных в дискретном виде.

Конструктивно-технологическая классификация ИС отражает способ изготовления и получаемую при этом структуру. По этому критерию различают полупроводниковые и гибридные ИС. В полупроводниковых ИС все элементы и межэлементные соединения изготовлены в объеме и на поверхности полупроводника. В гибридных ИС на диэлектрической подложке изготовляются пленочные пассивные элементы (резисторы, конденсаторы) и устанавливаются навесные активные и пассивные компоненты. Промежуточным типом ИС являются совмещенные интегральные схемы, в которых транзисторы изготовляются в активном слое кремния, а пленочные резисторы и диоды – как и проводники на изолирующем слое двуокиси кремния.

По типу применяемых активных элементов (транзисторов) интегральные схемы делятся на ИС на биполярных транзисторах (биполярных структурах) и ИС на МДП-транзисторах (МДП-структурах).