Structura circuitelor integrate semiconductoare
în - expunerea printr-o foto-mască (2 - defect opac pe foto-mască);
r - expresie și formarea foto-mască (3 - "pinholes" în) foto-mască;
d - gravare oxid și îndepărtarea foto-mască (4 - „pinholes“ în masca de oxid)
placă de protecție peliculă de oxid de calitate cu care impuritățile sunt introduse în mod selectiv pentru a produce P- și n-domenii (Fig. 5) depinde de uniformitatea, continuitatea. În prezența microgolurilor mască strat de oxid ( „pinholes“) impuritatea pătrunde prin ele, formând astfel un semiconductor dopat cu microregiuni neplanificate care (în funcție de locația lor) pot obține elementul corespunzător al sistemului.
Motivele pentru formarea „pinholes“ neomogenitate pot apărea în stratul fotosensibil (particule de praf, bule, și așa mai departe. P.) si defectele in modelul foto-mască ( „pinholes“ pe zone opace sau opace ale modelului de defecte punctuale în zonele transparente). Element (și, prin urmare, întregul circuit) se descompune în contact cu un defect într-o anumită bandă critică. De exemplu, în timpul difuziei emițător de impurități prin pori în masca de oxid poate fi format microregiuni înalt aliate n + tip. Astfel de zone, atunci când intră în zona de delimitare a regiunilor colectoare și de bază dau naștere la curenți de scurgere și defalcarea prin joncțiunea de tranziție (2 defecte, vezi. Fig. 2). Perforări în masca de oxid format prin gravare ferestre în stratul de oxid sub contactele de metal, rezultat în etapa de metalizare a plăcii pentru a forma contacte false (defecte 1, a se vedea figura 2 ..) Și la scurtcircuit regiunea emitor - bază, de bază - colector rezistor- regiune și t izolant. d.
Astfel, pentru un anumit IC în fiecare etapă de prelucrare, putem vorbi de o zonă critică, ceea ce face ca probabilitatea de defectare a circuitului integrat. Daca notam Skr zona critică cip IC, a însumat peste toate ciclurile de prelucrare fotolitografica, d - numărul mediu de puncții per unitate de suprafață, precum și distribuția numărului de puncții, care se încadrează pe cip IC, ia Poisson, probabilitatea de a obține cristale adecvate IC după toate operațiile de prelucrare:
Din relația (1), în primul rând, arată că creșterea gradului de integrare reduce ICS randament foarte probabil, în cazul în care elementele zonei și procesul fotolitografica de calitate rămân neschimbate. Astfel, creșterea gradului de integrare ECI trebuie să fie însoțită de o scădere în zona elementelor și îmbunătățirea procesului de formare a protector foto-mască. De înaltă calitate implică foto-mască în primul rând absența particulelor de praf în emulsie, (aer) incluziunile de gaz, solvent rezidual, precum și photomasks de înaltă calitate (densitate scăzută defect). La rândul său, la fabricarea photomasks utilizate ca, care sunt foto-mască supuse unor cerințe mai stricte.
Pentru a îmbunătăți calitatea proceselor de fotolitografie în instalațiile de producție oferă o atmosferă fără praf, precum și anumite norme privind sănătatea la locul de muncă a personalului de producție.
Pe de altă parte, din expresia (1) arată că creșterea gradului de integrare într-un proces constant posibil prin reducerea suprafețelor ocupate de elementele IMS și deci aria zonelor critice. Același rezultat se obține prin reducerea numărului de cicluri de fotolitografie. Acest al doilea mod se realizează dezvoltarea unor noi tipuri de structuri sau de suprafață redusă sau cei a căror producție necesită mai puține cicluri de procesare fotolitografice (sau ambele simultan).
Fig. 6 ilustrează structura IC (de exemplu, un invertor). Acronim zona Structura S în CVR caz realizată prin înlocuirea rezistor colector complementar (sarcina) a tranzistorului MOS, iar în cazul I²L - mnogokollektornym tranzistor bipolar, și prin utilizarea de tranzistori n-p-n- și p-n-p alinierea atins regiunilor individuale ale comutația și tranzistor-tranzistor injector. În toate cele trei cazuri, proprietatea universalitate se păstrează structuri: fiecare dintre ele este potrivit pentru construirea unei clase largi de dispozitive electronice funcționale.
Fig. 6. Punerea în aplicare a invertorului prin intermediul diverselor structuri:
și - planar epitaxiale alimentat printr-o rezistență;
b - structura CVR; in - cu o putere de injecție (I²L)
structuri speciale permit un grad ridicat de integrare a IC poate fi folosit pentru a crea dispozitive clasa funcțională mai îngust. Exemple sunt structuri pe CCD (CCD), în care pot fi construite registrele de comutare, dispozitive de stocare și a unor porți logice.
3. Motivele pentru limitarea dimensiunilor minime ale circuitelor integrate
Pentru dimensiunile structura minime selectate elementele IC IC depind în general de capacitățile unui proces fotolitografica, care sunt caracterizate prin trei parametri: 1) dimensiunea minimă a unui element, în mod fiabil reproductibilă pe o plachetă semiconductor, care este estimat rezoluția procesului; 2) toleranțe de tragere ale dimensiunilor unui strat topologic din nominal; 3) limitarea deplasării unei figuri topologice pe stratul anterior (de exemplu, stratul de bază în raport cu colector, emițător și de bază în ceea ce privește t. D.). Toți acești parametri sunt în natura limitărilor tehnologice și luate în considerare în determinarea mărimii în ceea ce privește zonele, de ex., E. Calculul topologice. Tendința principală în dezvoltarea proceselor litografice este de a crește rezoluția modelului de fază de expunere.
Cel mai important factor care limitează dimensiunile minime ale elementelor din expunerea prin mască, este difracția luminii. Prin urmare, încercați să utilizați radiații de mai scurtă decât lungimea de undă a luminii (e, x). În acest sens, sunt în curs de dezvoltare din ce in ce litografie si x-electron raze.
Pentru a realiza un potențial ridicat inerent de electroni și litografia cu raze X „, este nevoie și metode mai bune. Decapant, astfel încât să reducă variația dimensiunilor elementelor de pe plachetă semiconductor. Utilizarea soluțiilor chimice pentru gravare selectivă, de exemplu, oxid de siliciu devine inacceptabilă datorită lateral subcotarea ale căror dimensiuni sunt stabile în zona plăcii. Există o perspectivă sputtering prin bombardament ionic, în prezența unei măști de protecție (atractant vacuum-plasma e).
În cele din urmă, pentru a reduce eroarea de combinare ICS strat topologice sunt metode necesare și modele de combinare a fondurilor cu un substrat cu o precizie ridicată, precum și metode speciale de proiectare structurală și topologică, permițând să realizeze un efect de auto-aliniere. Auto-aliniere punct de vedere tehnologic se realizează prin mecanisme naturale fizice și chimice care au necesitat pentru a extinde gama de metode tehnologice de prelucrare (depunere de vapori, oxidarea electrolitică și capacitatea, implantare ionică, și așa mai departe. P.).
Îmbunătățirea calității filmelor de mascare, dezvoltarea structurilor mici din zona, îmbunătățirea proceselor de litografie - toate mod direct, naturale pentru a crește gradul de integrare IC. Aceasta reflectă un proces evolutiv continuu de îmbunătățire a PMI de fabricație, acumularea treptată a condițiilor și oportunități pentru creșterea gradului de integrare.
4. Microassemblage circuite integrate optoelectronic
Cerințe pentru dezvoltarea de dispozitive functionale complexe în proiectarea miniatură a depășit capacitatea tehnologiei integrate și forțată să recurgă la compromisuri soluții tehnologice constructive. O astfel de soluție - cristale numărul de asociere grad mediu de integrare a IC prin intermediul filmului de cabluri pe un substrat dielectric comun și într-o carcasă comună [crearea așa-numita micro (Figura 7.)].
Fig. 7. Microassemblage dispozitiv digital:
și - o vedere generală (cu capacul îndepărtat);
b - cip IC și porțiunea de interconectare.
În general, microasamblare este un mare tip de produs hibrid elemente de circuit care cuprinde, componente, circuite integrate și (sau) (locuințe și bezkorpusnye) integrate. Micro permite dimensiuni mici pentru a realiza dispozitive cu funcții complexe. proiectarea și fabricarea lor în raport cu un echipament electronic specific pentru a îmbunătăți performanța miniaturizare sale. Tipic element de înlocuire a (SRE) de calculatoare moderne funcționează, de obicei, pe baza unui bord multistrat circuit imprimat (MPP) și un set de circuite integrate în pachete individuale. Eliberându cristalele din carcasele IC și înlocuirea filmului cablaj imprimat mikrosoedineniyami obținut microaparate, EOA execută funcții, dar având dimensiuni mici și greutate. Acest exemplu ilustrează tendința generală în dezvoltarea de modele EVA care însoțesc procesul de creștere a gradului de integrare a IC (transferul funcțiilor SRE, funcții de transfer panel TEK sau bloc, și așa mai departe. E., inclusiv înlocuirea plăcilor cu circuite imprimate .provodnogo instalare laborioase) și constă în pătrunderea IC pe toate nivelele superioare ale ierarhiei funcționale a EVA. Acest obiectiv duce la manufacturability crescut de modele EVA.
Utilizarea de asamblare micro face posibilă depășirea o altă controversă generată de cerința de a crește gradul de integrare, și anume îngustarea domeniului de aplicare al circuitele integrate complexe funcționale, creșterea gama lor și provocările legate de standardizare. Deoarece microaparate este o colecție de cristale IC grad mediu de integrare, a căror producție separate de microcircuit reale de fabricație, este posibil să se fabrice de un singur micro-eșantion tehnologie independent de compoziția cristalelor și funcționalitatea IMS microasamblare.
Rata mare randament LSI poate fi realizat datorită elementului de redundanță. La proiectarea topologia circuitului funcțional LSI este împărțit într-un număr de părți funcționale componente (celule), fiecare dintre acestea fiind duplicat în cip LSI grupuri care formează în mod repetat. După formarea structurilor de a crea un prim nivel de interconectare și a contactelor periferice din cadrul fiecărei celule. Ca urmare, controlul funcționării celulei defect este determinată.
Al doilea nivel de interconecteaza (și dacă este necesar, a treia) combină un grup de celule din sistemul general, și în care celula defectă fit nefolosit este deconectat de la circuitul general, prin „divide conductorii cu laser sau fotolitografie.
microcelular și o metodă de concediere - aceasta este o soluție de compromis la problema creșterii gradului de integrare, deoarece ambele metode se bazează pe utilizarea de grade rentabilă de integrare a celulelor - componentele LSI. caz V.pervom de celule-cristale defecte sunt respinse la începutul procesului și a trecut la ansamblul, în al doilea - sunt salvate ca parte a cristalului prin creșterea suprafeței sale. Cu toate acestea, în al doilea caz sunt prevăzute cu performanțe superioare și fiabilitate.
Proiectare si capabilitati tehnologice pentru a spori gradul de integrare a IC departe de a fi epuizat. Cu toate acestea, reducerea dimensiunilor elementelor și necesită reducerea consumului de energie, ceea ce atrage după sine o reducere a vitezei, imunitatea la zgomot, fiabilitate. Reducerea volumului ocupat de elementele conduce la faptul că fluctuațiile proprietăților electrice ale materialelor semiconductoare reduc în elemente ale parametrilor microvolumes reproductibilitate, chiar și într-un singur cip.
pozițiile Out - respingerea metodelor tradiționale de construire a circuitelor funcționale ca o combinație de elemente simple (tranzistoare, diode și rezistențe) și elemente de lucru cu funcționalitate mai largă. Aceste posibilități sunt deschise microelectronicii funcționale. Funcțională Purtătorul microelectronicii informație este parametrii de semnal multidimensionale care controlează neomogenitatea mediului dinamic care rezultă sub acțiunea semnalului de control. De exemplu, în optoelectronic purtător de informație IC este un semnal optic care poate fi modulat în intensitate (amplitudine), faza, polarizare merge lungime de undă (frecvență). Ca ca martor (în special de ieșire) este mai convenabil de a utiliza semnale semnalelor electrice, funcționale IMS poate include mai multe unități „foton-electron“ si „electron-foton“ transformare.
Fig. 8. Detaliu al structurii unei IC optoelectronic
Fig. 8 prezintă un fragment dintr-o optoelectronic IC monolit unde tip „electron-foton-electron“ transformare. Pentru a modula semnalul optic în acesta poate fi folosit electro (schimbarea indicelui de refracție), un magneto optic (polarizare rotație plan) și alte efecte.
Dezvoltarea diferitelor zone funcționale ale microelectronicii bazate pe cercetarea de materiale noi (în primul rând) semiconductori și noi metode de tratare a acestora. La fel ca fundament al microelectronicii la începutul dezvoltării sale a fost experiența în producția de dispozitive semiconductoare, microelectronicii funcționale în utilizarea întregului arsenal de metode tehnologice și a mijloacelor microelectronicii moderne.
Procesul de creare a unui cip semiconductor este redus pentru a forma un strat de suprafață a elementelor napolitana (tranzistoare, diode, și rezistențe) și asocierea lor ulterioară într-o diagramă funcțională a conductoarelor de film pe suprafața plachetă (interconectare).
Structura IC folosind caracteristici pentru tipul de tranzistori utilizate în IMS, precum și metodele tehnologice de fabricare a acestora.
Gradul de integrare - IC complexitate exponent, caracterizat prin numărul de elemente obținute prin tehnologii integrate pe un cip comun.
1. Dostanko AP tehnologie circuit integrat. - Mn. Vysheyshaya School, 1982. - 207 p.
2. Parfenov OD tehnologia cu cip. - M. Școala Superioară, 1986. - 320 p.
4. Gurskiy L. I. Structura Zelenin VA Zhebin A. P. Vahrin GL, topologie și proprietățile rezistoare cu peliculă subțire. - Mn. Știință și Tehnologie, 1987. - 369 p.