Графическая часть

Q₀

Q₀

Обозна­чение

tp_LH

и_сс=5,ОЕ+10%

_rL=o,5кom

Urr=5,OB+-10% R_L=0.5кОм С_L=50пФ t=2Hc

U_oh

^UCC-²

U_cc=4,5В U_ih~2,OB U_IL=0,8В 1лн=-0,4мА I_OL=-0.4MA

u_ol

U_cc=4,58 U_IH=2,OB U_IL=0,8В

I_OL=4MA I_OL=8мА

I_IH

U_CC=5,5B U_IH=2,7B

i_il

U_CC=5,5B UT_L=0.4B

I_o

U_CC=5,5B U₀=2.25B

u_cdi

U_гр=4,53, I_L=-18мА

U_cc

U_CC=5,5B

Назначение, функциональные возможности

Тип

133, Н133, КМ133

134, К134, КР134

155, К155, КМ155

199

530, М530, Н530, КМ530

К531, КМ531, КР531

533, Н533

555, К555, КМ555

К599

КР1531

1533, КР1533

5. Технология изготовления

Особенностью полупроводниковых ИМС является то, что все элементы изготавливают одновременно в едином технологическом цикле, отдельные операции которого (окис­ление и травление, диффузия, эпитаксия) выполняются в одной и той же среде.

При создании активных и пассивных элементов современных ИМС используют следующие основные технологические операции: окисление, травление, литографию, диффузию, ионное легирование, эпитаксию, напыление и нанесение пленок.

Окисление. Кремниевую пластину нагревают до 800 —1200 °С и подвергают воздействию кислорода или насыщенных водяных па­ров. В такой окислительной среде атомы на поверхности пластины взаимодействуют с кислородом и образуют тонкий диэлектрический слой. На начальных этапах изготовления ИМС слой толщи­ной 1—3 мкм используют как маску для проведения избирательной диффузии на участках пластины, не покрытых этим слоем. При помощи это­го слоя предотвращается диффузия примесей в полупроводник, находящийся под слоем, так как коэффициент диффузии примесей в двуоки­си кремния значительно меньше, чем в полупроводнике. Диэлектриче­скую пленку используют также в качестве диэлектрика для затвора МДП-транзисторов. На последнем этапе изготовления ИМС диэлектрический слой применяют для пассивации кристалла: этот слой, покрывая всю поверхность кристалла, предохраняет ИМС от воздействия окружающей среды.

Более современным является анодное окисление кремния, позво­ляющее формировать диэлектрическую пленку на поверхности крем­ния почти любой толщины путем выбора режима анодного окисления. В отличие от термического окисления это низкотемпературный про­цесс, который избавляет от нескольких высокотемпературных обрабо­ток, связанных с выполнением термического окисления при формирований масок.

Травление проводится в плавиковой кислоте, в которой этот слой рас­творяется. На тех участках пластины, на которых необходимо прово­дить диффузию, в слое при. помощи плавиковой кислоты вытравливают окна требуемых размеров.

Литография. Окна на поверхности пластины, используемые для проведения диффузии, наносятся фотолитографическим методом. При этом поверх слоя; на пластину наносят фоторезистор, представляющий собой тонкую пленку светочувствительного органического материала. Затем накладывается фотошаблон в виде стеклянной контактной ма­ски, на которой имеется рисунок, состоящий из прозрачных и непроз­рачных областей. Через маску фоторезистор подвергается облучению ультрафиолетовыми лучами, в результате чего при действии проявите­ля на облученных участках фоторезистор не проявляется. Таким образом, на поверхности пластины остается рисунок определенной конфигура­ции и соответствующих размеров. При травлении пластины в плавиковой кислоте для удаления слоя фоторезистор не растворяется, по­этому окна вскрываются только на участках, не покрытых экспони­рованным фоторезистором. Через эти окна и проводится, диф­фузия.

Фотолитография позволяет создавать рисунки с размерами элементов не менее- 2 мкм. Этим размером ограничивается плотность компоновки элементов на пластинах.

Более высокой разрешающей способностью обладает электронно-лучевая литография. При прямой экспозиции полупроводниковой пластины в электронном луче можно создавать полоски в 20 раз более узкие, чем при фотолитографии, тем самым уменьшая размеры элементов до 0,1 мкм.'

Диффузия примесей применяется для легирования пластины с целью формирования р- и n-слоев, образующих эмиттер, базу, кол­лектор биполярных транзисторов, сток, исток, канал униполярных транзисторов, резистивные слои, а также изолирующие р-n-переходы. Для диффузии примесей пластины нагреваются до 800—1250 °С и над ее поверхностью пропускается газ, содержащий примесь. Примесь диффундирует в глубь пластины через окна, вскрытые в слое ЗЮд. Глубину залегания диффузионного слоя и его сопротивление регули­руют путем изменения режима диффузии (температуры и продолжи­тельности диффузии).

Ионное легирование. Вместо диффузии для имплантации примесей в полупроводник применяют 'ионное легирование. Для этого ионы примесей ускоряют в ускорителе до 80—300 кэВ, а затем их напра­вляют на подложку, защищая при помощи маски те участки, которые не должны подвергаться легированию. Введение примесей в широком диапазоне концентраций и возможность осуществления более точного контроля дозировок примесей позволяют изменять параметры элемен­тов в требуемых пределах. Поэтому вместо диффузии все больше при­меняют ионное легирование, хотя ее внедрение связано с переоснаще­нием производства ИМС дорогостоящим оборудованием.

В производстве полупроводниковых ИС и многих дискретных приборов необходимо на подложке создавать однородно легированные по толщине слои одноименного ей полу проводника, а в некоторых случаях – и полупроводника другого вида, с иной шириной запрещенной зоны. В частности, это необходимо для расширения функциональных возможностей схем, улучшения их параметров путем, например, формирования скрытых под такими слоями участков высокой проводимости (скрытых слоев).

Термин «эпитаксия», впервые предложенный Руайе, отражает в настоящее время процесс ориентированного нарастания, в результате которого образующаяся новая фаза закономерно продолжает кристаллическую решетку имеющейся фазы – подложки с образованием некоторого переходного слоя, способствующего когерентному срастанию двух решеток по плоскости подложки со сходной плотностью упаковки атомов. По окончании формирования переходного слоя эпитаксиальный процесс продолжается с образованием слоя требуемой толщины.

Эпитаксиальный слой (ЭС) – это монокристаллический слой новой фазы, выросший в результате эпитаксии на поверхности монокристаллической подложки строго определенным образом, который имеет прочную кристаллохимическую связь с подложкой и не может быть отделен от нее без разрушения слоя или поверхности подложки. ЭС практически продолжает кристаллическую решетку подложки и ориентирован строго определенным образом относительно кристаллографической плоскости, выходящей на ее поверхность.

Основное физическое явление, которое имеет место в процессе эпитаксии,- это кристаллизация вещества. Под кристаллизацией вещества понимают появление зародышей твердой фазы и их рост. В зависимости от того, из каких составов получают ЭС, различают следующие механизмы кристаллизации:

Механизм пар – кристалл (П - К), когда образование твердой фазы происходит из парообразного или газообразного состояния вещества;

Механизм пар – жидкость – кристалл (П – Ж - К), когда образование твердой фазы из парообразного состояния проходит стадию жидкого состояния. Примером может служить кристаллизация Ge на подложке Si, если последнюю нагреть до температуры, превышающей температуру плавления Ge;

Механизм твердое тело – кристалл (Т - К), когда выращивание эпитаксиального слоя производится из электролитов или расплавов.

Эпитаксию применяют для выращивания на поверхности кремние­вой пластины полупроводникового слоя с п- или р-проводимостью. Такой слой толщиной несколько микрон образуется при пропускании над нагретой до 1250 °С подложкой потока газа, содержащего несколь­ко соединений, которые, вступая в химическую реакцию, разлагаются на части и приводят к образованию эпитаксиального слоя с n- или р-проводимостью на поверхности пластины.

Напыление и нанесение пленок. Элементы полупроводни

ковых ИМС соединяются между собой с помощью проводящего рисунка, по­лученного путем напыления металлической пленки. Для этого после вытравления с помощью фотолитографии окон под контакты в вакуу­ме напыляется алюминиевая пленка на всю поверхность пластины. Пу­тем напыления формируют также металлизированные площадки, к ко­торым путем термокомпрессионной сварки привариваются выводы микросхемы и тонкие проволочки, соединяющие бескорпусные транзи­сторы в гибридных ИМС. В последнее время вместо проволочных перемычек применяют балочные выводы, представляющие собой зо­лотые удлиненные выступы. Во время сборки гибридной ИМС ба­лочные выводы совмещают с контактными площадками на подложке и припаивают к ним, нагревая до температуры, при которой образует­ся эвтектический спай. Наконец путем напыления и нанесения пленок изготавливают пассивные элементы в совмещенных и гибридных ИМС в виде толстых и тонких пленок.