Интегралдық микросхемалардың түрлері және жасалу технологиясы

 Конструктивті – технолнологиялық  белгілері бойынша интегралдық  микросхемалар жартылайөткізгіштік  (монолитті), пленкалық, гибридтік және бір-бірімен сыйысқан ИМС-тар деген кластарға бөлінеді.

Жартылайөткізгіштік ИМС-тарда барлық элементтер жартылайөткізгіш технологиялық операция процесінде ортақ жартылайөткізгіш астарлық қабаттың  (кремнийдің кристалы)  үстінде жасалынады.

Пленкалық интегралдық микросхемаларда барлық элементтер диэлектриктен жасалған табанның  (пассивті астарлық қабат)  үстіне жұқа қабыршық болып жапсарылады.Қалың пленкалы және жұқа пленкалы ИМС-тар бар.

Гибридті ИМС-тарда пассивті элементтер  (резисторлар, конденсаторлар)  диэлектрлік астарлық қабаттың үстіндегі жұқа пленка  (қабыршақ)  түрінде жасалып, ал активті элементтер  (диодтар, транзисторлар)  жеке-жеке өте кішкентай көлемді  (микроминиаторлы)  жасалып, схема тұрған платонның үстінен орын алады.

Бірімен-бірі сыйысқан ИМС-тарды жартылайөткізгіш және пленкалық микросхемалардың технологиясы негізінде жасайды, яғни транзисторлар мен диодтарды жартылайөткізгіштік ИМС-тардікіндей жасап, ал пассивті элементтер мен өзара қосылыстарды пленкалар түрінде астарлық қабаттың үстіне салады.

ГОСТ  17021-75 бойынша, бір микросхеманың корпусының ішіндегі элементтердің санына байланысты алты дәрежелі интеграция бар:

бірінші дәрежелі – 1-ден 10-ға дейін,

екінші  дәрежелі - 10-нан 10 –ге дейін,

үшінші  дәрежелі -                       дейін,

төртінші  дәрежелі -                    дейін,

бесінші  дәрежелі -                      дейін,

алтыншы  дәрежелі -                   дейін элементтер санынан тұрады.

Көбіне 100-ден артық элементтері бар интегралдық микросхемаларды үлкен интегралдық микросхемалар  (орысша қысқаша БИС)  деп атайды.

Сонымен интегралдық микросхема дегеніміз біркелкі технологиялық циклда, бір бүтін көлемде немесе жартылайөткізгіш  кішкентай кристалдың үстінде біртұтас жасалған, активті және пассивті элементтерден, оларды қосатын және қосылғыш элементтерден тұратын функционалдық (күшейткіштік, түзеткіштік, генераторлық және тағы басқалары) түйін. Жартылайөткізгіштік микросхемаларды жасау үшін диаметрі 30÷60 мм, жалпақтығы 0,25; 0,4 мм болатын кремнийдің монокристалды пластикаларын қолданады. Бір пластинкада бірден саны көп  /300÷500-дей/ бірдей функционалдық структуралар (элементтер мен өзара қосылғыштар тобы) группалық әдіспен істеледі.

Жартылайөткізгіштік микросхеманың элементтерін қалыптастыру үшін, яғни транзисторларды, диодтарды, резисторларды дайындап бірімен-бірін қосып немесе бірімен-бірін изоляциялап схема құру үшін мынандай технологиялық процесстерді қолданады:

1) кремнийді тотықтыру;                

 2) фотолитография,

3) диффузия,         

4) эпитаксиальды өсіру;       

5) металлизация.

Бұл процесстердің әрқайсысын жеке-жеке қарайық.

1) Кремнийді тотықтыру. Жартылайөткізгіштік интегралдық микросхемаларды өндіруде, диэлектрлік, қорғайтын және маскалайтын (кірме атомдардың жергілікті диффузия процессін  жүргізгенде кейбір жерге кірме атомдарды өткізбейтін маска ретінде қолданатын)  қасиеттері бар кремнийдің қос тотығы маңызды рөл атқарады.

Кремнийден жасалатын интегралдық микросхемаларды планарлық технологиямен дайындаған кезде әртүрлі тотықтырғыш ортадағы: құрғақ және ылғалды оттегіде, немесе судың буында жоғары температурада кремнийдің тотығу процессі жүргізіліп, оның тотығы алынады.

2) Фотолитография. Микросхемалардағы элементтердің берілген орналасу реті мен конфигурациясын сақтап жасау үшін фотолитография әдісін қолданады. Астарлық қабатта схема суретінің көшірмесін алу үшін  алдымен схеманың фотооригиналын жасайды, осыдан кейін фотошаблон дайындалады. Фотооригинал дегеніміз - өте үлкен дәрежелі дәлдікпен үлкейтілген масштабта (100:1, 200:1, 500:1) микросхеманың структурасының әрбір қабатының конфигурациясын көрсетіп, әдейі арнап жасалған чертеж.  Фотошаблон дегеніміз - өте жоғары дәлдікпен 1:1 масштабта мөлдір материалға фотосуретке түсіру арқылы жасалған фотооригиналдың негативтік немесе позитивтік бейнесі. Фотошаблондарды дайындау үшін айырғыштық қабілеті 1 мм-де 1200 сызыққа дейін жететін фотопластикалар мен жоғары айырғышты оптика қолданылады. Соңғы уақытта элементтің өлшемі 0,7÷0,4 мкм микросхемалар бар.

3) Диффузия. p-n өткелдерін алу үшін жартылайөткізгішке кірме атомдар кіргізетін әдіс ретінде диффузия маңыздылығы бойынша бірінші орында тұрады. p-n өткелдерінің қасиеттеріне микросхемалардың негізгі сипаттамалары тәуелді болғандықтан, ал p-n өткелдерінің қасиеттері диффузия арқылы жартылайөткізгіштерде пайда болатын кірме атомдардың роналасуына байланыстырылғаннан, диффузияға мынандай өте қатты талаптар қойылады, кіргізілген кірмелердің саны мен орналасуы, температура мен кіргізу уақыты өте қатаң қадағалануға тиіс.

4) Эпитаксия. Эпитаксия деп кристалл торының құрылысы, астарлық қабаттың құрылысын (структурасын) қайталайтын жартылайөткізгіш жұқа қабаттардың бағдарлап, жалғаса өсу құбылысын айтады. Жартылайөткізгіш  жұқа қабаттардың (пленкалардың) эппитаксиальдық жалғана өсуі, кірмелердің диффузиясымен бірге жартылайөткізгіштік микросхемалардың транзисторлық структураларын алуға қолданылады.

Жартылайөткізгіш интегралдық технологиясындағы пленкаларды  эпитаксиальды жалғаса өсіру әдістерін пайдаланудың мынандай бірқатар жақсы жақтары бар:

а) анықталған бағдарлы криссталлографиялық осьтері бар монокристаллдық жұқа қабыршақты жартылайөткізгіштерді алу мүмкіндігі;

б) жәй дифузияға қарағанда жақсы сипаттамалары бар транзисторларды алу мүмкіндігі;

в)  пленкалардағы кірмелердің бірқалыпты орналасу мүмкіндігі (кірмелер диффузиясында бұл іс жүзінде тіпті мүмкін емес);

г) транзисторлық структураларды дайындап алу операциясының уақыттың қысқаруы (эпитаксиальдық пленкалардың өсу жылдамдығы өте жоғары, 5 мкм/мин 1270^°С температурада).