Главная Промышленная автоматика.

ГЛАВА 1

Производство интегральных схем

Монолитная интегральная схема (ИС) представляет собой совокупность электрических компонентов, сформированных на поверхности и в теле отдельного куска полупроводникового материала и соединенных между собой таким образом, чтобы схема могла выполнять предназначенную ей функцию. Отдельные компоненты схемы обычно формируются так, что оказываются электрически изолированными друг от друга. Все схемы, рассматриваемые в данной книге, создаются на единой кремниевой подложке или в ее теле с использованием планарной технологии). Термин «планарный» не следует рассматривать в его обычном смысле, означающем двумерную плоскую поверхность. Применительно к интегральным схемам планарный относится к образованию электрических компонентов как на поверхности подложки, так и под ней. Однако плоская поверхность полупроводника остается относительно ровной в процессе всех этапов производства, используемых для формирования отдельных компонентов.

При планарной технологии на поверхности круглого кремниевого диска, называемого пластиной, одновременно формируется большое количество идентичных схем. На фиг. 1.1, й показан образец пластины диаметром обычно 50 мм и толщиной около 0,4 мм. Вся поверхность пластины покрыта матрицей из идентичных схем. В зависимости от размера отдельной интегральной схемы матрица может содержать от 100 до 1000 и более схем на одной пластине (фиг. 1.1,6). Различные производственные операции используются для формирования схем и совершаются одновременно над каждым членом этой матрицы по мере того, как пластина проходит каждую последовательную производственную операцию. После завершения всех этапов производства пластина скрайбируется и отдельные интегральные схемы (называемые чипами) отделяются от пластины для

) Планарная технология - патентованный процесс фирмы Fairchild,



установки в соответствующий корпус. На фиг. 1.2 дана микрофотография чипа интегральной схемы. Обычно чип аналоговой интегральной схемы содержит более 50 отдельных элементов схемы, которые формируются на кремниевой пластине в электрически изолированных областях.

В кремниевую пластину тем или иным способом (они будут рассмотрены впоследствии) вводятся специально подобранные примеси. Примеси изменяют молекулярно-кристаллическую структуру полупроводникового материала, приводя к тому, что

50,8ш


Диод

Фиг. 1.1. Изготовление интегральной схемы. (Взято из Hibberd R. С, Solid State Electronics, McGraw-Hill, New York, 1968, с разрешения фирмы Texas

Instruments, Inc.).

c-исходная пластина; б-чип интегральной схемы; в-отдельные компоненты схемы.

на внешней валентной оболочке атомов кремния в выделенных областях кремниевой пластины образуется избыток или дефицит электронов ). При избытке электронов получается область полупроводникового материала «-типа, а при недостатке - материал р-типа. Границы, где материалы п- и /7-типа соприкасаются, образуют /«-переходы, имеющие ограниченные поверхность и размеры по вертикали. В зависимости от структуры и геометрии /Jrt-переходов получаются различные компоненты интегральной схемы: резисторы, конденсаторы, диоды и транзисторы. На поверхности этих компонентов создается слой изоляции, отдельные участки которого затем удаляются для обеспечения доступа к различным выводам компонентов и контакта с ними в местах, где они выходят на поверхность. После этого компоненты соединяются между собой узором из металлической пленки, нанесенным на изолирующую поверхность способом, во многом похожим на тот, каким соединяются элементы на однослойной печатной плате. Рассмотрим теперь отдельно основные этапы производства всех монолитных интегральных схем.

) Имеются в виду свободные электроны. - Прим. ред.




Фиг. 1.2. Чип интегральной схемы. Стабилизированный прер • ционный усилитель НА-2900, содержащий свыше 200 активных и Оолее

пассивных компонентов.





0 1 [2] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.0036