Элементы микросхем

Классификация интегральных микросхем

Интегральная микросхема (ИС) – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования или хранения информации, содержащее совокупность электрически связанных между собой элементов.

Элемент ИС – часть ИС, выполняющая функцию транзистора, резистора или другого электрорадиоэлемента, изготовленного в едином технологическом цикле (при создании ИС) и не представляющая собой самостоятельного изделия.

В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы могут быть полупроводниковыми, пленочными или гибридными. Основным типом современных ИС являются так называемые монолитные ИС, изготовляемых на основе монокристаллического кремния.

Полупроводниковая микросхема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Рис. 1.1 Полупроводниковая ИС: а – разрез схемы; б – электрическая схема

Пленочная микросхема - микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочных являются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы.

Различие между тонкопленочными и толстопленочными микросхемами может быть количественным и качественным. К тонкопленочным условно относят микросхемы с толщиной пленок менее 1 мкм, а к толстопленочным - микросхемы с толщиной пленок свыше 1 мкм.

Гибридная микросхема - микросхема, содержащая кроме элементов простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем) (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Гибридная ИС: а – расположение элементов пленочного модуля; б – электрическая схема пленочного модуля: 1, 2, 6 – пленка алюминия; 4, 5 – высокоомная пленка, образующая резисторы; 3 – диэлектрик конденсатора

1. Биполярные транзисторы – базовый элемент биполярной ИС. Как правило, n-p-n. Могут иметь несколько эмиттеров (многоэмиттерные).

Изоляция от остальных элементов:

1) p-n переходом;

2) диэлектрической изоляцией (изопланарные транзисторы).

Для повышения быстродействия транзисторов шунтируют коллекторный переход диодом Шотки, в котором используется переход металл-полупроводник.

2. Полупроводниковые диоды – используются эмиттерные или коллекторные переходы транзисторной структуры.

3. Полупроводниковые конденсаторы – на базе pn –переходов. Работают при закрывающем напряжении. С≥100 пФ).

4. Резисторы – используются резистивные свойства областей Э (30-70 кОм), Б (10-100 кОм), К (2-100 Ом).

5. МДП – транзисторы применяют с индуцированным и со встроенным каналом (канал n -типа).

Достоинства: 1) более технологичны (в 1,5 раза меньше операций по изготовлению);

2) меньшая площадь.

6. МДП – резисторы – используется сопротивление канала транзистора (> 200 кОм = f(U_{затвора})).

7. МДП – конденсаторы образуются металлическим затвором, подзатворным диэлектриком и сильно легированной областью n ⁺ (С≤1000 пФ)

8. Комплементарные МДП – транзисторы. Последовательное включение двух МДП – транзисторов с каналами разного типа проводимости.

9. МНОП – транзисторы (+ Н – нитрид кремния).

ИС изготавливаются методами интегральной технологии, имеющей следующие отличительные особенности:

1. Элементы, однотипные по способу изготовления, представляют собой или полупроводниковые p-n структуры с несколькими областями, различающиеся концентрацией примесей или пленочные структуры из проводящих, резистивных и диэлектрических пленок.

2. Одновременно в едином технологическом цикле изготавливается большое количество одинаковых функциональных узлов, каждый из которых, в свою очередь, может содержать до сотен тысяч и более элементов.

3. Сокращается количество технологических операций (сборка, монтаж элементов) на несколько порядков по сравнению с традиционными методами производства аппаратуры на дискретных элементах.

4. Размеры элементов и соединений между ними уменьшаются до технологически возможных пределов.

Технологические операции:

· Выращивание кристалла;

· Механическая обработка (резка, шлифовка, полировка);

· Выращивание слоев (химическое осаждение, толстопленочная и тонкопленочная технология);

· Легирование (диффузия, ионная имплантация);

· Методы формирования рисунка (литография, трафаретная печать, метод свободной маски);

· Сборка;

· Контроль.

Федеральная целевая программа «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на на 2008 - 2015 годы (далее - Программа) утверждена постановлением Правительства РФ от 26 ноября 2007 года № 809.

Основная цель Программы:
развитие научно-технического и производственного базиса для разработки и производства конкурентоспособной наукоемкой электронной и радиоэлектронной продукции для решения приоритетных задач социально-экономического развития и обеспечения национальной безопасности Российской Федерации.

Основные задачи Программы:
- обеспечение радиоэлектронных средств и систем, в первую очередь средств и систем, имеющих стратегическое значение для страны, российской электронной компонентной базой необходимого технического уровня;
- разработка базовых промышленных технологий и конструкций радиоэлектронных компонентов и приборов;
- техническое перевооружение организаций радиоэлектронной отрасли на основе передовых технологий;
- создание научно-технического задела по перспективным технологиям и конструкциям электронных компонентов, унифицированных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры для обеспечения российской продукции и стратегически значимых систем;
- опережающее развитие вертикально интегрированных систем автоматизированного проектирования сложных электронных компонентов, аппаратуры и систем для достижения мирового уровня.

Ожидается, что в 2008 году в организациях микроэлектроники будет освоен технологический уровень 0,18 мкм, что обеспечит создание производственно-технологической базы для выпуска современной электронной компонентной базы, соответствующей потребностям российских производителей аппаратуры и систем.

В 2011 году планируется достижение уровня технологии 0,09 мкм с последующим переходом к 2015 году до уровня технологии 0,045 мкм, что существенно сократит отставание российской электроники и радиоэлектроники от мировых показателей.
Основным целевым показателем реализации Программы является увеличение объема продаж конкурентоспособных изделий электронной компонентной базы и радиоэлектронной продукции. Ожидается, что в 2011 году значение этого показателя составит около 130 млрд. рублей, а в 2015 году - 300 млрд. рублей, темпы роста объемов производства будут сопоставимы с мировыми показателями.

Показателем эффективности выполнения мероприятий Программы также является количество разработанных базовых технологий в области электронной компонентной базы и радиоэлектроники, обеспечивающих конкурентоспособность конечной продукции. К 2011 году их количество будет составлять более 180 технологий, к 2015 году - не менее 270 технологий. В результате реализации Программы в 64 организациях будут созданы центры проектирования, в 117 организациях будут осуществлены реструктуризация и техническое перевооружение