Интегральные микросхемы План 1 Определение и классификация ИМС

Интегральные микросхемы План 1. Определение и классификация ИМС; 2. Планарная технология формирования элементов на подложке: 2. 1. планарно-диффузионная; 2. 2. планарно-эпитаксиальная; 3. Цифровые и аналоговые ИМС и их элементы

Определение ИМС – микроэлектронное устройство, состоящее из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и др. ), которые изготовленны в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой и заключены в общий корпус.

Определение ИМС • ИМС – устройство с высокой плотностью упаковки электрически связанных элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и проч. ), выполняющее заданную функцию обработки (преобразования) электрических сигналов, изготовленные в едином технологическом процессе и заключенные в общий корпус. • ИМС можно рассматривать как самостоятельные комплектующие изделия.

Классификация ИМС 1. В зависимости от технологии изготовления 1. 1. Пленочные; 1. 2. Полупроводниковые; 1. 3. Микросборки. 2. В зависимости от количества элементов ИМС делят по степеням интеграции 2. 1. Первой степени – до 10 элементов; 2. 2. Второй степени – от 11 до 100 элемент. ; 2. 3. Третьей – от 101 до 1000 2. 4. Свыше 1000 элементов – большие ИМС

Классификация ИМС 3. По функциональному назначению 3. 1. Логические (цифровые); 3. 2. Аналоговые (линейно-импульсные); 3. 3. Комбинационные; 3. 4. Последовательные микросхемы; 3. 5. Микросхемы памяти. Логические микросхемы включают в себя микросхемы «И» , «ИЛИ» , «НЕ» , «ИЛИ-НЕ» , «И-НЕ» ; обозначаются следующими знаками: &, 1, и т. д.

Комбинационные микросхемы 1. Шифраторы и дешифраторы – CD и DC 2. Сумматоры - SM 3. Мультиплексоры и демультиплексоры MUX и DMUX 4. Цифровые компараторы - «= =» Последовательные цифровые устройства 1. Триггеры (статичные, «Т» , динамические «ТТ» ) 2. Счетчики импульсов (СТ 2, СТ 10 и т. д. ) 3. Регистры сдвига RG (параллельные и последовательные)

Микросхемы памяти 1. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) RAM; 2. Постоянные запоминающие устройства: - программируемые при изготовлении ROM; - однократно программированные - PROM; - перепрограммируемые с ультрофиолетовым стиранием информации EPROM; - с селективным стиранием информации EEPROM E 2 PROM

4. По расположению элементов 4. 1. Полупроводниковые (активные и пассивные элементы выполняются в виде сочетания неразъемно связанных p-n-переходов в одном ПП кристалле); 4. 2. Гибридные ИМС, содержащая подложку (диэлектрическое основание), пассивные элементы на которой выполняют в виде однослойных или многослойных пленочных структур, соединенных пленочными проводниками, а ПП приборы и др. компоненты размещены на подложке в виде дискретных деталей

ПИМС (полупроводниковые ИМС) Исходный материал – пластины кремния или арсенида галлия толщиной до 50 мкм и диаметром до 100 мкм. Все активные и пассивные элементы ПИМС , созданные в едином кристалле, должны быть электрически изолированы друг от друга и в то же время соединены между собой в соответствии с функциональным назначением микросхемы.

Схемы с диэлектрической изоляцией

Метод изоляции p-n- переходом

Диффузионно-планарная технология изготовления элементов

Формирование диодов

Планарно-диффузионная технология Кремний n- типа окисляется и на нем образуется пленка Si. O 2. Далее способом фотолитографии изготавливают первую оксидную маску, для чего в пленке вытравливают канавки по числу необходимых p-nпереходов. Для этого защитный слой покрывают тонким слоем светочувствительной эмульсии – фоторезиста, на поверхность которого проектируют требуемый рисунок маски. Изображение проявляется и засвеченные участки фоторезиста стравливаются, обнажая защитный слой. С помощью травления обнаженные участки защитного слоя растворяют и формируют требуемую совокупность окон. Через полученные окна производят диффузию необходимых примесей в исходную подложку кремния

• Планарно-эпитаксиальная технология ПП слой на Дает возможность наращивать подложку любого типа проводимости. Состав наращенного слоя (эпитаксиальной пленки) может отличаться от состава подложки. Наращивая эпитаксиальный слой n- типа на подложку из кремния p-типа, можно сформировать p-n-переход, причем однородный по структуре эпитаксиальный слой может служить основой для изготовления других p-n- переходов, если его покрыть защитным слоем, а затем повторить технологический процесс.

Технологические приемы планарной технологии 1. Окисление исходного кремния при температуре 10000 С в среде влажного О 2 до образования на поверхности диэлектрической пленки Si. O 2 2. Фотолитографию используют для защиты отдельных участков кремниевой пластины при создании окон. На поверхность пластины наносят слой фоторезиста. Который засвечивают через шаблон с прозрачными и непрозрачными участками в соответствии с количеством и конфигурацией окон. После обработки фотослоя отдельные его участки вытравливают, чем обеспечивается локальный доступ к поверхности пластины.

Травление – операция, при которой образовавщаяся на поверхности пластины пленка Si. O 2 растворяется плавиковой кислотой на незащищенных участках Диффузия – операция по формированию p-nпереходов на заданных участках полупроводника. Пластину кремния помещают в термостат с Температурой около 12000 С, содержащий газ с необходимыми примесями, диффундирующими в Исходныйполупроводник через окна в пленке Si. O 2. Изменяя тип и концентрацию примесей, можно получить требуемую многослойную p-n- структуру В кристалле полупроводника.

Эпитаксия – операция по наращиванию при высокой температуре слоя полупроводника одного типа проводимости на поверхности исходной пластины полупроводника другого типа проводимости. При этом наращенный слой полностью повторяет кристаллическую решетку исходного материала. Напыление – операция по созданию проводников и Контактных площадок посредством осаждения в вакууме паров соответствующих материалов на поверхность кристалла через маску. Ионное легирование – облучение полупроводниковой пластины ускоренными до необходимой скорости ионами примеси

Исполнение ИМС Соединение ИМС с внешними выводами осуществляют золотыми или алюминиевыми проводниками. В зависимости от материала различают металлостеклянные, металлокерамические, керамические и пластмассовые корпуса