Изучение аналоговых и логических микросхем

Цель работы: изучение основных технологических операций изготовления монолитных интегральных микросхем, изучение типов логических микросхем.

Приборы и принадлежности: лабораторный стенд, образцы интегральных микросхем, приготовленные для демонстрации технологии их изготовления, маршрутно-технологические карты для технологических процессов.

Теоретическая часть

Технология изготовления монолитных интегральных схем

Технология изготовления монолитных ИС сводится к следующему:

1. В пластинку кремния (подложку), имеющую электропроводность р-типа, проводят локальную диффузию мышьяка для формирования открытого слоя п- типа.

2. На полученный слой наращивают эпитаксиальный слой п-типа. Полученную поверхность окисляют. В результате получается диэлектрический слой оксида, который называют маскирующим. Маскирующие свойства его основаны на том, что скорость диффузии примесей, используемых для получения областей транзистора, в нем значительно меньше, чем в кремнии. Поэтому диффузия происходит только на участках, свободных от маскирующего слоя Si0₂.

3. Используя фотошаблон базового слоя и процесс фотолитографии, в маскирующем слое травлением вскрывают окно под базу транзистора.

4. Далее проводится двухэтапная диффузия атомов бора. В результате в эпитаксиальном слое появляется зона с электропроводностью р-типа. Вследствие процесса двухэтапной диффузии примесей бора вся поверхность вновь покрыта оксидом.

5. С помощью фотошаблона и фотолитографии вскрывают окна под эмиттер транзистора и под контакт к коллектору. В эти окна проводят двухэтапную диффузию примесей фосфора. В результате образуется область эмиттера и низкоомная область для подключения коллекторного контакта. После диффузии вся поверхность пластины покрыта оксидом.

6. В оксидном слое тем же методом вскрываются окна под выводы контактов эмиттера, коллектора и базы. Затем в вакууме напыляют слой А1 и, используя фотолитографию, получают рисунок соединений с другими элементами интегральных схем.

Перечисленные процессы являются групповыми и проводятся одновременно для пластины, на которой располагаются десятки-сотни микросхем, имеющих значительное количество транзисторов.

При изготовлении большинства типов интегральных монолитных схем используют плаиарно-эпитаксиальную технологию, которая сводится к такой последовательности операций:

. На подложке кремния с электропроводностью кремния р-типа выращивают эпитаксиальную пленку с электропроводностью и-типа, которая является коллекторной областью транзисторов.

2. Затем поверхность окисляют до получения пленки толщиной 0,3-Ю,7 мкм.

3. На окисленную поверхность с помощью фотолитографии наносят требуемый рисунок и производят селективное травление окисла для вскрытия окон.

4. Затем проводят разделительную диффузию примесей бора, наносят рисунок баз транзисторов, резисторов, конденсаторов, элементов диодов и производят селективное травление окисла.

5. Проводят диффузию примесей бора, при которой образуются области без транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.

6. Наносят рисунки эмиттеров транзисторов, элементов диодов, конденсаторов и производят селективное травление оксида.

7. Проводят диффузию примесей; наносят рисунки выводов и производят селективное травление.

8. Производят вакуумное напыление пленки А1 по требуемому рисунку соединений.

9. Выполняют разрезку пластины на отдельные интегральные схемы, размеры которых зависят от их сложности (порядок 0,5*0,5-.-2,5*2,5 мм).

Технология изготовления ИС непрерывно совершенствуется. Широко применяется ионная имплантация, обеспечивающая хорошее дозирование и введение примесей на заданную глубину Также развивается технология ИС, выполняемых на основе арсенида галлия, у которого подвижность носителей заряда в пять раз больше, чем у кремния, что способствует созданию ИС большого быстродействия. Проводятся работы по использованию в качестве подложек нитридов и карбидов, которые позволяют повысить рабочую температуру ИС.

Помимо аналоговых микросхем в технике широкое распространение получили цифровые логические элементы. Различают резисторно-транзисторную логику PTJI; диодно-транзисторную логику ДТЛ, транзисторно-транзисторную логику ТТЛ, эмиттерно-связаннаую логику ЭСЛ, инжекционно-интегральную логику ИИЛ или И²Л.