Изготовления микросхемы

Разработка топологии ИМС напоминает процесс проектирования многослойных печатных плат. Она представляет собой весьма трудоемкую работу и требует от конструктора известного опыта. По мере возрастания степени интеграции микросхем эта разработка все более усложняется и часто занимает несколько месяцев напряженного труда, и что хуже всего, при этом не исключается возможность ошибок. Эти ошибки подчас выясняются только после изготовления микросхем, т. е. после разработки и изготовления дорогостоящей оснастки для технологических процессов.

которая для данного уровня технологии изготовления микросхем является величиной приблизительно постоянной.

Раньше схемы триггеров составлялись из отдельных логических микросхем. И сейчас еще часто триггер составляется из двух—четырех логических элементов, входящих в одну ИМС. По мере совершенствования технологии изготовления микросхем и увеличения достижимой степени интеграции стали разрабатываться ИМС-триггеры различного типа, а затем и более сложные микросхемы, в состав которых входили вначале десятки, а теперь уже иногда сотни триггеров.

p-n-переходом и с изолированным затвором (МОП-транзисторы). Однако технологически достаточно сложно получить в одной микросхеме все типы элементов. Поэтому технология, применяемая для изготовления микросхем в основном на биполярных транзисторах,

получила название биполярной. Для изготовления микросхем в основном на МДП-транзисторах имеется целый ряд технологий:

Повышение сложности ИМС, ужесточение требований к их надежности, расширение областей применения при постоянном увеличении диапазонов • эксплуатационных воздействий требуют не только совершенствования проектирования и технологии изготовления микросхем, но и четкой организации единого подхода к решению методологических вопросов при оценке качества и надежности ИМС. Важное место при этом отводится испытаниям ИМС.

элементов и компонентов. В то же время, как доказано экспериментально, функциональная сложность ИМС мало влия--ет на их надежность, что обусловлено интегрально-групповой технологией изготовления микросхем. Этого также не учитывают рассмотренные методики расчета. И наконец, статистические методы расчета базируются на статистике •фиксации отказов отдельных элементов ИМС без анализа механизмов и причин отказов. Поэтому они нуждаются в совершенствовании по мере изучения физики отказов ИМС. В настоящее время статистические методы расчета надежности применяются для сравнительной, ориентировочной оценки надежности альтернативных решений при выборе варианта проектируемой ИМС, а также для сравнения надежности проектируемой ИМС с имеющимися аналогами. При таких расчетах абсолютная ошибка расчета не играет большой роли и не предъявляется жестких требований к достоверности исходной информации о надежности ИМС, БИС, МСБ, их элементов и компонентов.

Для изготовления микросхем можно принять кремний, германий, арсенид галлия и другие материалы. Однако наибольшее распространение получили микросхемы на основе кремния.

В настоящее время технология изготовления микросхем достигла такого уровня, который позволяет создавать большие интегральные схемы.

Структуры, электрические параметры микросхем и их элементов определяются технологией изготовления. В данной главе даются сведения о типовых технологических процессах и операциях, применяемых для создания полупроводниковых и гибридных микросхем. Совокупность технологических процессов и операций, проводимых в определенной последовательности, составляет технологический цикл изготовления микросхем.

Различные методы самосовмещения, широко применяемые в производстве современных микросхем, заключаются в использовании элементов структуры, созданных на предыдущих этапах изготовления микросхем, в качестве маски при последующем формировании каких-либо областей.

схемы на ЭВМ. Электрическая схема должна функционировать при заданных изменениях условий работы без регулировок и подстроек, так как в микросхеме они невозможны. Выбирают и обосновывают технологический метод изготовления микросхемы; разрабатывают полный топологический чертеж. Для этого видоизменяют рисунок электрической схемы таким образом, чтобы получить минимальное число пересечений, это упрощает выполнение соединений в структуре микросхемы. Длину проводников также стремятся сократить до минимума.

Недостатком же работы нагрузочного транзистора в крутой области является наличие дополнительного вывода для подключения ?з2, что усложняет технологию изготовления микросхемы.

и транзисторного усилителя, позволяет увеличить быстродействие, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы.

3) достаточной механической прочностью, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами как в процессе изготовления микросхемы (разделение на платы, сварка, пайка, установка подложки в корпус и т. д.), так и при ее эксплуатации в условиях термоциклирования, термоударов и механических воздействий;

Как видно из таблицы, для того чтобы при смещении 5В получить емкость 500 пФ, нужно иметь площадь обкладки, равную примерно 0,8 мм2, что соизмеримо с размерами кристалла, используемого для изготовления микросхемы. Поэтому диффузионные конденсаторы обычт но имеют небольшую емкость. К числу других недостатков следует отнести высокое последовательное сопротивление конденсатора, обусловленное высоким удельным сопротивлением п-области /.

По окончании изготовления микросхемы

Все элементы микропроцессора с программируемой логикой — операционное устройство (ОУ), управляющая память (УП) и блок микропрограммного управления (БМУ) — могут размещаться на одном кристалле, т. е. весь микропроцессор может быть выполнен в виде одной микросхемы. Так реализованы микропроцессоры в отечественных сериях микропроцессорных комплектов КР580 и КР1810. Управляющая память микропроцессоров такого типа хранит набор микропрограмм, записанный в нее уже на этапе изготовления микросхемы на заводе. Каждая микропрограмма представляет собой последовательность микрокоманд, обеспечивающую выполнение некоторой несложной операции. При поступлении в микропроцессор команды из оперативной памяти (ОП) в УП находится соответствующая команде микропрограмма и путем последовательного считывания ее микрокоманд осуществляется прием из ОП операндов, выполнение над ними некоторых простейших действий и вызов из ОП очередной команды. В микропроцессоре серии КР580 такие микропрограммы содержат от 4 до 17 микрокоманд. Применение микропроцессора, выполненного на одной микросхеме, естественно, упрощает построение микропроцессорного устройства, сокращая количество используемых в нем элементов. Кроме того, упрощается процесс программирования, так как от программиста не требуется записывать выполняемые в каждом также микрокоманды. Составляя программу, он оперирует командами, т. е. группами микрокоманд, которые соответствуют командам.

В первых информация заносится в процессе изготовления микросхемы с помощью соответствующего фотошаблона. Очевидно, такой способ записи пригоден в тех случаях, когда производится выпуск крупной партии ПЗУ с одной и той же записанной в них информацией. Промышленность выпускает такие ПЗУ, например, для использования в качестве преобразователя двоичного кода в определенные двоично-десятичные коды и других преобразователей. В них входная кодовая комбинация служит адресом ячейки, а содержимое ячейки — выходной кодовой комбинацией (являющейся, например, кодовой комбинацией двоично-десятичного кода).

В установках второй группы откачка частично (МПВУ полунепрерывного ' действия) или полностью (МПВУ непрерывного действия) совмещается с основным процессом обработки. Это достигается с помощью многокамерной системы с различным уровнем вакуума в отдельных камерах. В подобных установках целесообразно выполнять полный цикл изготовления микросхемы, т. е. напылять все слои, поэтому в обработке одновременно (на разных стадиях) находится несколько подложек. Управление в таких установках (транспортировка подложек и уста-

В установках второй группы откачка частично (МПВУ полунепрерывного ' действия) или полностью (МПВУ непрерывного действия) совмещается с основным процессом обработки. Это достигается с помощью многокамерной системы с различным уровнем вакуума в отдельных камерах. В подобных установках целесообразно выполнять полный цикл изготовления микросхемы, т. е. напылять все слои, поэтому в обработке одновременно (на разных стадиях) находится несколько подложек. Управление в таких установках (транспортировка подложек и уста-

Как уже отмечалось, основным элементом полупроводниковых интегральных микросхем является транзистор типа п-р-п+ е равномерным распределением примеси в коллекторе, а остальные элементы изготовляются на базе данной транзисторной структуры. Поэтому технологический процесс изготовления микросхемы сводится к формированию в пластине кремния транзисторных структур в количестве, необходимом для реализации всех активных и пассивных элементов, к обеспечению изоляции между элементами и созданию внутрисхемных соединений.