Коледов Л.А. - Технология ИС

ББК 32.844 К 60 УДК 621.3.049.7.002(076) Рецензенты: академик АН БССР В. А, Лобриоа, кафедра конструирования РЭА н мнкрозлектроники ЛЭИС им. М. А. Бонч-Бруевича Редакция литературы ио влектронна0 талинке Коледов Л. А. К 60 Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов.— Мл Радио и связь, 1989.— 400 с.: ил. 15ВМ 5-256-00142-6.

Изл жен свеленнв о х нструкторскотехнологнческнх вэрнэнтах нспслнення злзпентов л копн нен в нкросхгн, ылкропронессоров н ннкрасборок Дано летальное опнсзнне текнологе. чеснкх маршрутов нх пронзволства Уделено особое внннвнне вопроса аналнзз к сннтезз тех. нслагнческнх нвршрутов, обеспеченню качества нзлелнй ннкрозлентроннкн н зффектнвностн нх пронавохства Прело валены н проаналнзнрованы с очкн зрення нх нсповьзовання в чнкроэлектронной аппаратуре со рен нные «онструкннн нзкеллй ннкр влек роннкн Для студентов пухов, обу зющнхсн по спевнальностян «Конструнронвнне н прон охотно ралнаанпаратуры 7 ББК 32.844 2403000000-028 К 132-88 046(01)-89 Учебное издание Ко»вдов Леонид Александрович технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросворок Учебник ИБ 20 737 слепо в набор 5912.67 полпнсано в печать 250209. т-05057. Формат ВОИВВЧы.

Вунвге офсетнвв № 2 гарны ура литер, пе~а~ь офсет. уел, печ л 24,50. уел. кр..отт. 24АО. уч..нял л. 26.40. тираж 20000 зхз. Изл № 20674 Зак № 9№ Цена 1 р. 50 к Извательство Р л о н связь . 101000 Москва, Пьчтант, аУя 695 Мое ов квя тзеагрзфня № 4 *Союзполнграфпро а прн Госулар веннон конлтеге СССР по лепны лзвательств, еоллгрэф кннжной т р челн Москва, И-41, В Персясллвскав, 46 15 В М 5-256-00142-6 © Издательство «Радио и связь», !989 Завеву шнВ релвкнней Ю Н. Рысев.

Релактор Н. Н. Кузя чово. Переплет хулажннкв Ю. В. Яркангель. с«ого Хульжественлый реплктор Н. С. Шен . Техннческнй релакгор У. Н. Зыкн и. Коррект р 7 Л Но а вп ПРЕДИСЛОВИЕ Микроэлектроника как современное направление проектирования и производства электронной аппаратуры различного назначения является катализатором научно-технического прогресса.

Автоматизация производств, создание гибких перестраиваемых роботизированных систем, развитие автономных систем немыслимы без применения интегральных микросхем, микропроцессоров и микросборок. Технология изготовления изделий микроэлектроники обеспечивает в первую очередь высокий уровень производительности труда, комплексную микроминиатюризацию электронной аппаратуры связи, автоматики, вычислительной техники и вбирает в себя передовой опыт и достижения многих отраслей науки и техники: от физики взаимодействия атомных и ядерных частиц с вешеством до микро- металлургии и прецизионной химической технологии. Данный учебник предназначен для студентов вузов специальностей «Конструирование и технология электронных вычислительных средств» и «Конструирование и технология радиоэлектронных средств», а также для студентов смежных специальностей электронной и вычислительной техники, приборостроения и автоматики при изучении ими курсов по основам микроэлектроники.

Учебник состоит из двух частей. В первой рассмотрены изделия микроэлектроники как объект производства в нх историческом развитии и как совокупность миниатюрных связанных между собой электрорадиоэлементов. Даны понятия о конструктивной, схемотехнической и функциональной интеграции этих элементов, прослежена связь функциональных характеристик элементов интегральных микросхем с конструктивно-технологическими вариантами их исполнени я. Во второй части подробно рассмотрены технологические маршруты производства микросхем различного исполнения, вопросы их анализа и синтеза как необходимой совокупности и последовательности технологических операций.

Уделено внимание обеспечению эффективности производства, повышению качества микросхем, проанализированы современные конструкции изделий микроэлектроники с точки зрения их использования в аппаратуре. Изложено содержание технологических операций и принципы работы современного технологического оборудования. Учебник написан на основе многолетнего опыта чтения автором аналогичного курса на кафедре микроэлектроники Московского института электронной техники.

ВВЕДЕНИЕ Электроника — это наука о формировании и управлении потоками электронов в устройствах приема, передачи, хранения и обработки информации. В основе работы электронных приборов лежат фундаментальные законы поведения носителей тока в электрических магнитных полях, в вакууме, в разреженных газах и твердых телах.

Электронные приборы и устройства используются в аппаратуре связи, автоматики, вычислительной и измерительной техники, приборостроении. Электронная промышленность, научной основой развития которой являются достижения электроники, серийно производит вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые, фотоэлектронные, пьезоэлектрические, криоэлектронные и квантовоэлектронные приборы.

Начиная с 60-х годов особое место в номенклатуре изделий электронной промышленности занимают интегральные микросхемы, микропроцессоры и микросборки — микроминиатюрные электронные изделия, составляющие основу элементной базы микроэлектронной аппаратуры. Создание микроэлектронной аппаратуры явилось результатом процесса комплексной микроминиатюризации электронно-вычислительных средств, аппаратуры связи, устройств автоматики. Этот процесс возник в связи с потребностями развития промышленного выпуска изделий электронной техники на основе необходимости резкого увеличения масштабов их производства, уменьшения их массы, занимаемых ими объемов, повышения их эксплуатационной надежности.

Принятая ныне техническая политика, направленная на широкую роботизацию, на создание гибких автоматизированных производств, на ускорение научно-технического прогресса и усиление его роли в хозяйственной жизни отводит особое место микроэлектронике как средству и материальной базе реализации целевых программ в области автоматики и робототехники, вычислительной техники, механизации и автоматизации ручных операций во всех отраслях промышленности В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986...1990 годы и на период до 2000 года поставлена задача значительно расширить в приборах и средствах автоматизации применение элементной базы повышенной надежности и быстродействия, микросхем большой функциональной сложности и высокой степени интеграции.

Особая роль отводится микроэлектронике в развитии вычислительных средств, поскольку умелое, широкое использование электронно-вычислительной техники — один из важнейших факторов происходящей научно-технической революции. Важным шагом в этом направлении было создание микропроцессора. Микропроцессор состоит из операционного и управляющего устройств и предназна'чен для автоматического выполнения последовательности операций по записанной в оперативной или постоянной памяти программе, которая может изменяться. Программное управление обеспечивает широкую логическую гибкость, т.

е. возможность использования микропроцессора для выполнения различных функций, поскольку с изменением программы работы изменяется функционирование процессора. Микропроцессор может выполняться в виде одной большой интегральной схемы (БИС) или нескольких функционально законченных БИС. При построении простейших контроллеров и других устройств с ограниченными функциями и разрядностью эффективны однокристальные микропроцессоры, выполненные в виде одной большой полупроводниковой микросхемы. В более сложных вычислительных системах они оказались малоэффективными из-за ограничений по функциональной полноте, низкой производительности и небольшой вычислительной мощности.

Это привело к созданию многокристальных микропроцессоров, т. е. к расчленению процессора на несколько БИС, которые в сумме по функциональной сложности и разрядности удовлетворяют требованиям, предъявляемым к процессору мошной унифицированной ЭВМ. Такие БИС получили название микропроцессорных секций, а их совокупность — микропроцессорного комплекта.

Логическая структура и возможности микропроцессоров (разрядность и объем функций, система команд, количество магистралей при соединении микропроцессоров между собой и с периферийным оборудованием) определяются достижениями технологии, Развитие микроэлектронной технологии играет ведущую роль в развитии микроэлектроники. Ч а с т ь !.

ИЗДЕЛИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ КАК ОБЪЕКТ ПРОИЗВОДСТВА Г л а в а 1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Термин технология произошел от греческих слов техоп — искусство, мастерство, умение и Хо/оз — наука, т. е, перевалится как наука о мастерстве. Этот термин многозначен. В широком смысле он означает совокупность приемов, методов и способов получения и переработки сырья, обработки материалов, полуфабрикатов или изделий, осушествляемых с целью получения конечного продукта или изделия. Технология производства изделий микроэлектроники базируется на способах изменения формы, размеров, физических и химических свойств, состава и структуры исходных полупроводниковых и других материалов.

Показателями эффективности технологии являются: удельный расхол сырья на единицу продукции; процент выхода голных излелий и их качество; уровень производительности труда; затраты на производство и себестоимость продукции. В более узком смысле этим термином обозначают технологические операции, являющиеся частью процесса производства изделий, а также комплект технологической документации (маршрутные и технологические карты, технологические инструкции и т. п.), подробно описываюшей этапы изготовления и позволяющей их воспроизвести. Именно в смысле передачи технологической документации говорят о передаче технологии.