Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Кроме того, поскольку и+-область коллектора непосредственно контактирует с р-базой, снижается напряжение пробоя коллектор †эмитт. 2.2!. Контактные площадки и поле кристалла По периферии любого кристалла ИС расположена матрица контактных площадок — металлизованных участков, к которым присоединяются тонкие проволочные выводы. Другой конец проволочки прикрепляется к соответствующей контактной площадке корпуса ИС.
Выводы обычно изготовляются из золотой проволоки диаметром 26 мкм и присоединяются к контактным площадкам методом термокомпрессии, предусматрившощим одновременное воздействие нагрева (до 250 С) и давления. Таким путем удается получить контакт с высокой механической прочностью и очень низким электрическим сопротивлением. При термокомпрессии, а также при использовании других похожих методов присоедине. "ия выводов конец проволочки, помещенный на контактную площадку, расплющивается, так что его ширина становится в два-три Раза болыпе исходного диаметра. Таким образом, контактная площадка должна быть достаточно большой, чтобы на ней поместился вывод, даже если он сдвинется в процессе приварки. обычно контактная площадка представляет собой квадрат со стоРоной !00 — )50 мкм (рис.
2.63). 144 Глава л При распиливании пли скрайбировании пластины желательно, чтобы линии резки проходили по участкам поверхности, свобод. ным от окисла или металла. Поэтому на всех фотошаблонах, применяемых в технологии ИС, предусмотрены промежутки щи риной 75 — !00 мкм, разделяющие соседние схемы, и кремний в этих промежутках остается открытым.
Это так называемые линии скрайбирования, Рис, 2.63. Размещение контактных плоихадок н линий скрайаироиании иа кри- сталле ИС. При скрайбировании происходит заметное механическое повреждение краев кристаллов, образу1отся микротрещины, которые могут проникать на некоторое расстояние от края в глубь кри. сталла. Чтобы активная часть схемы была достаточно удалена от механически поврежденных участков и чтобы было достаточно места для размещения контактных площадок и линий скрайбирования с необходимыми промежутками, по периферии кристалла предусмотрена полоса шириной 250 мкм, не содержащая никаких активных элементов (рис. 2.63). Для небольших ИС с размером кристалла 1 мм х 1 мм эта полоса может составлять примерно половину общей площади кристалла. Интегральные схемы 145 2.22.
Размер кристалла и уровень сложности ИС Первый транзистор был создан в 1948 г. и представлял собой сплавной германиевый плоскостной прибор. Кремниевые приборы стали появляться в середние и в конце !950-х годов, а первые интегральные схемы были получены в начале 1960-х годов. С тех пор размер и уровень сложности ИС росли очень быстро, о чем свидетельствует следующая хронологическая таблица. Изобретение транзистора (на основе германия) Разработка кремниевых транзисторов Разработка планарной технологии Появление первых ИС малого уровни интеграции (3— 30 вентильГкристалл) Появление ИС среднего уровня интеграции (СИС) (ЗОВ 300 вентиль/кристалл) Появление больших ИС (БИС) (300-3000 вентиль!крн. стелл) Появление сверхбольших ИС (СБИС) (свыше 3000 вен. тиль!кристалл) Начало серийного ныпуска СБИС (ЗУПВ с ннформапнон.
ной емкостью 64 К) Появление ЗУПВ емкостью 256 К ЗУПВ на 5!2 К, ПЗУ на 1 «Ь!бит, сверхскоростные ИС(ССИС) на С>аЛВ, трехмерные (многослойные) ИС, КНД-технология ! 948 ! 955 — ! 959 Р959 1960 1965 — 1970 !970 †19 1975 конец 1970.и начало 1980.х середина 1980-и На протяжении всех этих лет эволюция ИС выражалась в весьма значительном увеличении плотности упаковки и в одновременном, хотя и не столь значительном увеличении площади ан 19М 2>' 1 М 2'« а,а е 2'> ля 2' - 19 1999 1995 ипо 1999 г'ргрлг Рис. 2.64. Рост числа схемных елементов на кристалле ИС практически следует '"закону Мура>, который гласит, что каждый год вто число удваивается.
(О Е. Морге. «Ргойгезз !п Р!21!а! 1п!ейга!ед Е!ес!гоп(сз>, 1ЕЕЕ, 1п!!. Е1ес!гоп Вет!сез Меецпй Тесй, В!иез(, рр. 11-13, %99Ыпфоп, О. С 1975, © 1975 1ЕЕЕ,) 1979 1999 гл г кристалла. График, приведенный на рис. 2.64, демонстирует приблизительно степенную зависимость числа схемных элементов на кристалле ИС от времени.
Этот график практически следует так называемому лзакону Мура», который гласит, что каждый год число схемных элементов, приходящихся на один кристалл, приблизительно удваивается. Столь быстрый рост лишь отчасти обу» словлен увеличением площади кристалла, главная причина— улучшение разрешающей способности процесса фотолитографии. В 1960-х годах минимальный размер элементов и ширина линий составляли !Π— !5 мкм, а в конце !970-х и начале 1980-х годов эти размеры уже были равны ! — 2 мкм, Успехи рентгеновской и электронно-лучевой литографии могут привести к дальнейшему росту уровня сложности ИС, хотя темпы роста, вероятно, уже не будут такими большими, как в 1960-х и !970-х годах.
2.22.1. Рентгеновская и электронно-лучевая лггпгоерафия. В обычном процессе фотолитографии, для которого используется источник ультрафиолетового излучения с длиной волны 0,3— 0,4 мкм, минимальный размер элементов или ширина линий ограничяваются эффектами дифракции и не могут быть меньше пяти длин волны излучения, т. е. примерно 2 мкм. Этот размер определяет верхний предел плотности упаковки ИС, который может быть достигнут с помощью обычной фотолитографии. Во второй половине ! 970-х годов были освоены методы рентгеновской и электронно-лучевой литографии, с помощью которых удалось получить субмикронные ((! мкм) размеры элементов.
Причина успеха в том, что рентгеновское и электронное излучения имеют гораздо меньшую длину волны. Рентгеновское излучение может иметь длину волны от 0,001 до 0,0! мкм, а электронное и того меньше. С помощью этих методов удалось получить МОП- транзисторы с длиной затвора всего 0,25 мкм, Установки рентгеновского и электронно-лучевого экспонирования стоят очень дорого, а время экспонирования оказывается гораздо болыпе, чем прн ультрафиолетовой литографии. Поскольку этн новые методы литографии требуют гораздо больших затрат, они используются только в тех случаях, когда нужно получить очень малые размеры элементов ((1 мкм). С помощью излучения, лежащего в коротковолновой части ультрафиолетового спектра — так называемого «глубокого уль-.
трафиолета», — удается уменьпгить размер элементов до 1,25 мкм. Длина волны подобных источников лежит в пределах 200 — 300 нм. Шаблон, часто используемый для рентгенолитографии, представляет собой очень тонкую и прозрачную мембрану из пластмассового материала (майлара) с нанесенным на нее тонким слоем золота, в котором сформирован нужный рисунок. Толщина мембраны составляет 3 мкм, толщина слоя золота -0,5 мкм. Зо- Инвыгрмеьаьм схемы 147 лото выбрано в связи с тем, что оно хорошо поглощает рентгеновские лучи. При воздействии на резист электронного луча происходят те же процессы полнмеризации или деполимеризации, что и под действием рентгеновского или ультрафиолетового излучения.
При электронно-лучевом экспонировании луч, сфокусированный в пятно диаметром всего 0,1 — 0,2 мкм, сканирует поверхность пластины Сканирование может производиться по растру, причем луч включается только тогда, когда он проходит через участки, предназначенные для экспонирования. Такой растр аналогичен тому, который используется для получения телевизионного изображения на экране ЭЛТ, с той разницей, что при электронно-лучевом сканировании нет никакой серой шкалы, луч либо полностью включен, либо полностью выключен.
В другом варианте применяется векторное сканирование, когда электронный луч все время остается включенным, но направляется только на те участки пластины, которые должны экспонироваться. При электронно-лучевой литографии шаблон не требуется: нужный рисунок может наноситься непосредственно на пластину с помощью управляемой компьютером установки электронно-лучевого экспонирования.
Однако такая установка стоит очень дорого, а время экспонирования обычно очень велико, оно может достигать нескольких часов. Электронно-лучевая литография с успехом используется для изготовленпя шаблонов, предназначейных для рентгеновской и оптической литографии. 2.22.2, Рпзмер кристаллов ИС. На рис.
2,65 показаны кристаллы ИС с размерами, типичными для малого, среднего и большого (или сверхбольшого) уровней интеграции. Площади кристаллов лежат в пределах от 1 мм' для малых ИС до 1 см' для БИС, На кристалле любого размера должно быть предусмотрено место для контактных площадок, линий скрайбирования и необходимых зазоров. Кроме того, активные элементы ИС должны быть удалены на безопасное расстояние от краев кристалла, где имеются механические нарушения, возникающие в процессе скрайбировання. На кристалле малой ИС (рис. 2.56, а) активная часть схемы должна быть размещена таким образом, чтобы по периферии оставалась свободная полоса шириной 150 мкм. Таким образом, пчощадь схемы не может превышать (! мм — 0,3 мм)' = 0,5 мм'. При проектной норме !О мкм на такой площади может разме.
стнться примерно 30 биполярных или свыше 200 МОП-транзисторов. Из пластины диаметром 100 мм можно получить примерно 7000 кристаллов малых ИС. Что касается БИС или СБИС площадью 1 см', то нз такой же "л'стины их может быть получено примерно 70. Если для кон- 148 Глава 2 ~-т'™ тии о,ами ЛЬвкалттке ллтатавталтл Рис, 2.65. Кристаллы ИС: а — малая ИС; о — СИС; в — БИС илв СБИС; г укрупиеииое иаобрактекие края кристалла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
