Основы технологии ИМС

Основные термины и определения

ГОСТ17021-88 дает следующие определения основным терминам микроэлектроники (МЭ):

ИМС - микроэлектронное изделие, выполняющее определенные функции преобразования, обработки, сигнала и (или) накапливания информации и имеющая высокую плотность упаковки электрических соединений элементов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются, как единое целое.

Цифровая ИМС – МС, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

Аналоговая ИМС – МС предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

Корпус ИС – часть конструкции ИС, предназначенная для защиты микросхемы от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Типы и размеры корпусов, расположение и число выводов стандартизовано ГОСТ17467-79.

Полупроводниковые пластины – заготовка из полупроводникового материала, предназначенная для изготовления полупроводниковой ИМС (чаще кремниевые пластины). Этим термином пользуются в течение всего процесса изготовления ИМС от первоначальной заготовки до пластины со сформированными МС, готовыми к разделению на отдельные кристаллы.

Кристалл – часть пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой МС, межэлементные соединения и контактные площадки.

Бескорпусная ИМС - кристалл МС, предназначенный для монтажа в гибридную ИМС или микросборку. Такая ИМС не имеет защиты от внешних воздействий. Ее защита обеспечивается корпусом устройства, в который она устанавливается. Степень интеграции ИС – показатель степени сложности МС, характеризующийся числом содержащихся в ней элементов. Обычно подсчитываются только активные элементы транзисторов k=lg N, N – число компонентов МС (транзисторы) k - коэффициент оценки степени интеграции (округлено до ближайшего целого). Следует отметить, что достигнутый уровень интеграции в нескольких млн. компонентов относится к цифровым ИМС. Степень интеграции аналоговых МС намного меньше. (>300 - БИС).

Основы технологии ИМС

1. Подготовка пластины:

1). Выращивание заготовок из расплава кремния (1412°С)

2). Точение цилиндра

3). Резка на пластины, толщиной 0.08 – 0.05

4). Шлифовка, очистка поверхности (0.03мкм)

5). Выращивание слоя полупроводникового материала на кристаллической подложке (эпитаксия)

2H₂+ SiCl₄ = Si¯ + 4Cl при температуре 1200 ± 3 °С.

2. Изготовление фотошаблонов:

1). Разработка рисунков фотошаблонов и фотомасок на тех. процесс

2). Редукция (уменьшение) фотошаблонов и перенесение их на толстые стеклянные пластинки

3). Литография – процесс формирования маски на поверхности пластины. Маска закрывает участки пластины, которые не должны подвергаться обработке. Открытые участки предназначены для локального легирования, травления, напыления и др. операций. Основной способ – фотолитография. При этом используют фоторезисты - это пленки полимеров, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, рентгену, или потоку элементов. Различают негативные фоторезисты – удаляются не засвеченные участки, и позитивные фоторезисты – удаляются засвеченные участки.

Травление – это удаление поверхностного слоя в соответствии с нанесенной маской резиста. Образуются канавки, создается необходимый рельеф поверхности, формируются окна в многослойных кристаллах.

Легирование – диффузионный процесс введения примесей в полупроводниковую пластину или пленку (кремний), используют газообразные или жидкие соединения бора, мышьяка, фосфора. В результате, в объеме пластины полупроводника кремния создают области с различной проводимостью.

Окисление – служит для формирования на поверхности пленки диоксида кремния, которая в дальнейшем может использоваться как маска для операций травления и диффузии, для изоляции кремниевых слоев друг от друга, для защиты поверхности кремния от влаги и т.п.

Напыление – используют для создания соединительных проводников, резисторов, конденсаторов, слоев изоляции. Применяют алюминий, поли кремний, тантал (Ta), W, Mo, Au, Pt, научились использовать Cu; диэлектрические пленки (изоляция) Ta₂O₅, SiO₂.

3. Контроль и резка пластин:

Кремниевая пластина поступает на автоматизированную линию контроля работоспособности.

4. Монтаж в корпус:

1). Ориентировка кристалла

2). Крепление к изоляционной прокладке (пайка или склеивание)

3). Монтаж выводов. Присоединение контактных площадок кристалла к выводам корпуса

4). Герметизация корпуса

5. Контроль готовых микросхем:

Проверка правильности функционирования (делят по классам).

Корпуса микросхем

Основное назначение: защита кристалла микросхемы от внешних воздействий. По конструктивно-техническому признаку различают следующие виды корпусов:

1). Металлостеклянные – металлическая крышка, стеклянное или металлическое основание, крепление выводов стеклом

2). Металлокерамические

3). Стеклокерамические – керамические крышки и основания, скрепленные стеклом

4). Пластмассовые.

21 04. 18 -8 - рег. N ! Кол-во ! выводов Порядковый N типоразмера Подтип корпуса Тип корпуса

Форма, размеры корпусов, расположение выводов установлено ГОСТом 17467-79.

Например, корпус:

ГОСТом установлено 5 типов корпусов:

Тип 1.

Корпус прямоугольный, круглые, располагаются ^ плоскости микросхемы в приделах проекции корпуса, рядами. Установлено от 7 до 304 выводов.

[A1] Тип 2.

Корпус прямоугольный, выводы прямоугольные, плоские, располагаются перпендикулярно корпусу за пределами проекции корпуса вдоль длинной стороны, количество выводов 6¸26.

Подтип 21 Подтип 22

Тип 3.