Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Глава б. Теакелегачеекае лексам какреэлектреаккк 214 Методы монтажа навесных компонентов те же, что и у тонкопленочных ГИС, но размеры контактных площадок делают больше: 400х400 мкм. В целом толстопленочная технология характерна простотой и низкой стоимостью ИС. Однако по сравнению с тонкопленочной технологией плотность компоновки оказывается меньше (нз-за большей ширины линий), а разброс параметров — больше (из-за неконтролируемой толщины пленок).
Контрольные вопросы 1. Почему для изготовления большинства полупроводниковых приборов используются монокристаллические материалы? 2. Перечислите основные технологические операции получения монокристаллического кремния. 3. Для чего при производстве ИС на монокристаллических подложках выращивают эпитаксиальные слои кремния? 4. Назовите акцепторные примеси для легирования кремния.
Чем они отличаются друг от друга? Какие донорные примеси кремния вы знаете? б. Назовите основные операции технологического процесса изготовления ИС. 6. Какие способы окисления кремния вам известны? В чем их принципиальные отличия? 7. Напишите уравнение двух законов Фика.
8. В чем качественное отличие распределения примеси при термической диффузии из неограниченного и ограниченного источников диффузанта? 9. Как распределяются примеси при ионной имплантации? Какие факторы оказывают влияние на характер етого распределения? 10. Назовите известные вам травители пленок 810к А для кремния? 11, Что такое анизотропное травление? Для решения каких задач в производстве ИС применяют анизотропное травление? 12. Какие методы изготовления фотошаблонов вам знакомы? Сравните их. Коптрольпые вопросы 215 13. Какие источники экспонирования применяются при литографии? 14.
Почему разрешающая способность литографии зависит от длины волны источника экспонирования? 15. Каковы в настоящее время пределы разрешения литографии? 16, Какие методы нанесения тонких пленок металлов и диэлектриков вам знакомы? В чем их принципиальные отличия? 17. Какие металлы и почему используются в качестве подслоя при нанесении металлических пленок? 18. Назовите наиболее распространенные материалы для изготовления проводников ИС.
19. Как при изготовлении проводников ИС избежать образования р-л-переходов и барьеров Шоттки? 20. Чем обусловлены максимально достижимые пределы миниатюризации проводников ИС? 21. Какие типы корпусов ИС вам знакомы? Отличаются ли они по надежности? 22. Что такое шариковые и балочные выводы? 23. Назовите области применения гибридных пленочных и толстопленочных схем.
Элементы интегральных схем 7.1. Введение Напомним, что эяег«ентами ИС (как полупроводниковых, так и гибридных) называют их неделимые составные части— те, которые нельзя отдельно специфицировать и поставить как отдельные изделия. Одна из особенностей элементов ИС по сравнению с аналогичными дискретными приборами или электрорадиоэлементами состоит в том, что они имеют электрическую связь с общей подложкой, а иногда и друг с другом. Поэтому математические и физические модели (эквивалентные схемы) элементов ИС несколько отличаются от моделей дискретных аналогов. Вторая важная особенность элементов ИС по сравнению с дискретными приборами связана с тем, что все элементы ИС получаются в едином технологическом процессе. Например, все резисторы пленочной ИС получаются одновременно и, следовательно, характеризуются одинаковой толщиной и одинаковым удельным сопротивлением (разница может быть только в длине и ширине слоя).
Или в полупроводниковой ИС рабочий слой резистора получается одновременно с базовым слоем транзистора и, следовательно, имеет те же электрофизические параметры, что и базовый слой. Иначе говоря, при изготовлении элементов ИС имеется меньше»степеней свободы», чем при изготов. лении их дискретных аналогов: можно варьировать главным образом конфигурацией элементов ИС «в плане», т.е. их длиной и шириной, а не глубиной слоев и их электрофизическими параметрами. В результате параметр»» элементов ИС в значи тельной мере норрелированы (взаимосвязаны) и ограничены, чего нет у дискретных компонентов.
Отметим, однако, что указанные особенности прежде всего характерны для элементов БИС и СВИС, при изготовлении которых из-за проблем совмещения всегда приходится «экономить» на количестве фотолитографий. Если проблема ограни- 7.1. ив»деви« 217 чения количества фотолитографий не превалирует над остальными, параметры элементов ИС могут значительно отличаться. Помимо указанных двух особенностей, следует отметить, что в процессе развития микроэлектроники появились такие элементы ИС, которые не имеют аналогов в дискретной электронике: многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы, транзисторы с барьером Шоттки, трехмерные элементы и др.
Традиционные компоненты — диоды, конденсаторы и т.п. — изменились конструктивно, изменился диапазон их параметров. В полупроводниковых ИС отсутствуют аналоги таких традиционных компонентов, как катушки индуктивности и тем более трансформаторы. Компонентами ОС, как отмечалось в гл. 1, называют такие составные части гибридных микросхем, которые можно специфицировать отдельно и поставлять в виде отдельных изделий. Компоненты ГИС представляют собой навесные детали, отличающиеся от «обычных» дискретных компонентов лишь конструктивным оформлением (бескорпусные диоды, транзисторы и ИС).
Главными элементами биполярных полупроводниковых ИС являются п — р-п-транзисторы. Именно на них ориентируются при разработке новых технологических циклов, стараясь обеспечить оптимальные параметры этих транзисторов. Технология всех других элементов (р — п-р-транзисторов, диодов, резисторов и т.п.) должна «приспосабливаться» к технологии и — р — п-транзистора.
Такое «приспособление» означает, что для изготовления других элементов следует по возможности избегать дополнительных технологических операций: желательно использовать те же рабочие слои (коллекторный, базовый и эмиттерный)„которые необходимы для и-р-л-транзистора. Отсюда такая терминология: «в качестве резистора используется базовый слой» или «рабочий слой резистора получается на этапе базовой диффузии» . Главными элементами МДП-транзисторных ИС до последнего времени были МДП-транзисторы с индуцированным р-каналом. Соответственно на них ориентировался технологический цикл н к этому циклу «приспосабливалась» технология остальных элементов.
В последние годы, после того как удалось преодолеть трудности изготовления качественных и-канальных МДП-транзисторов и разработать технологию комплементар- 218 Глава 7. Эяемеиты ннтетраяьных схем ных МДП (КМДП) схем, последняя, по существу, заняла главное место в технологии ИС. 7.2. Изоляция элементов На рис.
7.1 показаны два и-р-п-транзистора и диод„выполненные в общей кремниевой подложке и-типа. Как видим, коллекторы транзисторов и катод диода оказались принудительно связаны через подложку. Такие связи, как правило, неприемлемы: они не соответствуют желательной конфигурации схемы. Следовательно, элементы биполярных полупроводниковых ИС нужно изолировать друг от друга с тем, чтобы необходимые соединения осуществлялись только путем металлической разводки. В случае изготовления на одной подложке МДП-транзисторов истоки и стоки смежных элементов (рис.
7.2) оказываются разделенными встречно-включенными р — и-переходами и такая связь не столь губительна, как в биполярных элементах. Однако с ростом степени интеграции и «сближениемэ элементов, обратные токи разделительных р — и-переходов растут и принуждают разработчиков ИС искать способы изоляции не только биполярных, но и МДП элементов. Транзистор 1 ' Транзистор 2 ' Диод ! ! И1 31 С1 И2 32 С2 Рис. 7.1. Внутренняя связь зяементое Рнс. 7.2. Отсутствие связи между биполярных ИС через подложку з от- элементами МДП-транзисторных сутстзие изояядии ИС Сравнительная оценка способов изоляции. Все известные способы изоляции можно разделить на два главных типа: иэо.
ляцию обратносмещенным р-и-переходом и изоляцию диэлектриком. Оба типа изоляции проиллюстрированы на рис. 7.3. Обедненный слой р-п-перехода, особенно при большом обратном смещении, имеет очень нысокое удельное сопротивление, близкое к удельному сопротивлению диэлектриков. Поэтому указанные дна типа 219 7.2.
Изолнцня»я»ментов Э1 Б1 К1 32 Б2 К2 31 Б1 К1 Э2 Б2 К2 б) а) Рнс. 7.3. Основные методы изоляции»лементов ИС." з — с помощью р — и-переходов; б — с помощью диэлектрика изоляции различаются не столько удельным сопротивлением изолирующего слоя, сколько его структурой. Изоляцию р-и-переходом относят к однофазным способам, имея в виду, что материал по обе стороны и в пределах изолирующего слоя один н тот же — кремний. Изоляцию диэлектриком относят к двухфазным способам, имея в виду, что материал (фаза) изолирующего слоя отличается от материала подложки— кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
