Реферат гибридные интегральные микросхемы

Обновлено: 02.07.2024

Первым делом определимся с некоторыми важными понятиями.

Электронный элемент – это конструктивно самостоятельное образование, выполняющее одну элементарную функцию (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности).

Электронная схема реализуется на основе многих дискретных элементов ( запоминающий элемент, усилит ельный каскад, логический элемент).

Функциональный модуль образуется при соединении нескольких элементарных схем в одну конструктивно законченную сборочную единицу.

Узел – конструктивное объединение нескольких модулей.

Использование специальной технологии изготовления тонких слоев различной проводимости на изоляционной подложке или целенаправленное изменение проводимости в определенных зонах полупроводникового материала позволило реализовать и объединить различные электрические функции в едином технологическом процессе. При установке такого элемента в корпус с необходимыми выводами получают микросхему (МС). Одна МС заменяет несколько элементарных схем, выполненных на основе дискретных элементов.

В настоящее время используют две разн овидности технологических процессов изготовления МС: 1) тонкопленочные процессы, 2) полупроводниковые процессы.

Так как тонкопленочная технология позволяет изготовлять только пассивные элементы, а полупроводниковая-активные элементы, то целесообразно использовать их комбинацию. Это приводит к созданию гибри дны х интегральных МС. Понятия плёночная технология включает в себя процессы термовакуумного и спарения и кат одн ог о распы лени я, также трафаретная печать. А теперь обо всем по порядку.

II . Пленочные ИС.

Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т. е резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы.

Принято различать ИС тонкопленочные, у которых толщина пленок не более 2 мкм, и толстопленочные, у которых толщина пленок значительно больше. Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения.

Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толшиной 0.5—1,0 мм. тщательно отшлифованные и отполированные. При изготовлении пленочных резисторов на подложку наносят резистивные пленки. Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то пленка делается из сплаэа высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой. На концах резистивной пленки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление пленочного резистора зависит от толщины и ширины пленки, ее длиныы и материала. Для увеличения сопротивления делают пленочные резисторы зигзагообразной формы.

Удельное сопротивление пленочных резисторов выражают в особых единицах – омах на квадрат, так как сопротивление данной пленки в форме квадрата не зависит от размеров этого квадрата. Действительно, если сделать сторону квадрата, например, в два раза больше, то длина пути тока увеличится вдвое, но и площадь поперечного сечения пленки для тока также возрастет вдвое: следовательно, сопротивление останется без изменения.

Топкопленочные резисторы по точности и стабильности лучше толстопленочных, но производсгво их сложнее и дороже. У тонкопленочных резисторов удельное сопротивление может быть от 10 до 300 Ом на квадрат. Точность их изготовления зависит от подгонки. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление зтих резисторов мало изменяется.

Толстопленочные резисторы имеют удельное сопротивление от 2 Ом до 1 МОм на квадрат. Их стабильность во времени хуже, чем у тонкопленочных резисторов.

Пленочные конденсаторы чаще всегоделаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на нее наносится диэлектрическая пленка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию. В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко- и толсто-пленочными. Диэлектриком обычно служат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная емкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм 3 достигаются номинальные емкости от сотен до десятков тысяч пикофарад. Точность изготовления ± 15 %.

Пленочные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы. Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. Тогда получается удельная индуктивность 10—20 мГн/мм 2 . На площади 25 мм 2 можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенри. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферромагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки. Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод.

III . Гибридные ИС.

Широкое распространение получили гибридные ИС – интегральные схемы, в которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры. Высоких требований к точности элементов в ТЗ нет. Условия эксплуатации изделиянормальные. Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бескорпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы. Иногда в гибридных ИС навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например, миниатюрные конденсаторы с такой большой емкостью, что их невозможно осуществить в виде пленок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных ИС навесными являются целые полупроводниковые ИС. Проводнички от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаше всего методом термокомпрессии (провод при высокой температуре прижимается под большим давлением).

Разновидность гибридных ИС – так называемые микросборки. Обычно в их составе различные элементы, компоненты и интегральные схемы. Особенность микросборок состоит в том, что они являются изделиями частного применения, т. е. изготовляются для конкретного типа аппаратуры. А обычные ГИС представляют собой изделия общего применения, пригодные для различных видов аппаратуры. Иногда микросборками также называют наборы нескольких активных или пассивных элементов, находящихся в одном корпусе и имеющих самостоятельные выводы. Иначе эти наборы еще называют матрицами.

IV . Монтаж резист оров, конден саторов.

На рис. 1 представлены основные варианты конструктивного исполнения конденсаторов (бумажных, металлобумажных, пленочных и металлопленочных, керамических, слюдяных и электролитических), для горизонтальной и вертикальной установки.

Рис. 1. Конструктивные формы конденсаторов

а - защищенный керамической трубкой; б - цилиндрический свободнонесущий; в - цилиндрический в стаканчике; г - трубчатый; д - пластинчатый; е - трапециевидный; ж - цилиндрический вертикальный; з - с цоколем; и - конденсатор с выводами зажимами; к - рулонный с сердечником из полиамида; л – призматический

У резисторов примерно такое же исполнение.

При монт аже необходимо предупреждать повреждения защитного слоя лака; при формовке выводов изгиб не должен быть ближе двух диаметров (толщин) вывода из-за возможной разгерметизации. При пайке электролитических конденсаторов необходимо у плюсового вывода обеспечивать теплоотвод . Пленочные и металлопленочные конденсаторы чувствительны к действию растворителей. При пайке выводов возможно также повреждение из-за перегрева навесных элементов.

Монтаж диодов и тран зи ст оров. Внешне эти навесные элементы гибридных ИС ( рис.2) незначительно различаются и способы их монтажа почти не отличаются.

Реализация принципов, идей, методов полупроводниковой микроэлектроники привела к созданию БИС и СБИС, представляющие собой целые устройства и даже системы, размещенные в одном полупроводниковом кристалле. Однако не все устройства можно изготовить с помощью полупроводниковой технологии.

Параллельно с полупроводниковым развился и совершенствовался другой конструктивно-технологический вариант создания микроэлектронных устройств, основанный на технологии тонких (до 1 мкм) и сравнительно толстых (10 50 мкм) пленок. Чисто пассивные пленочные ИМС не получили широкого распространения из-за ограниченных возможностей по выполнению ими функций обработки сигналов, а реализация пленочных активных элементов оказалась невозможной из-за низкой воспроизводимости их характеристик. Сочетание полупроводниковых микросхем, активных полупроводниковых приборов с пассивными пленочными элементами и пленочной коммутацией позволила создать микроэлектронные устройства с широким набором функциональных возможностей. Интегральные микросхемы, в которых на ряду с пленочными элементами, сформированными по групповой тонко- или толстопленочной технологии, содержатся имеющие самостоятельное конструктивное исполнение полупроводниковые активные компоненты (ИМС, транзисторы, диоды), изготовлены по полупроводниковой технологии, называют гибридными интегральными микросхемами (ГИС).

ГИС по сравнению с полупроводниковыми имеют ряд преимуществ: обеспечивают широкий диапазон номиналов, меньшие пределы допусков и лучшие электрические характеристики пассивных элементов (более высокая добротность, температурная и временная стабильность, меньшее число и менее заметное влияние паразитных элементов); позволяют использовать любые дискретные компоненты, в том числе полупроводниковые БИС и СБИС. В качестве навесных компонентов в ГИС применяют миниатюрные дискретные резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, дроссели, трансформаторы.

Если для создания микроэлектронного изделия необходимы пассивные элементы и компоненты высокого качества, предпочтительнее выполнить его в виде ГИС.

Одна из основных характеристик микроэлектронного изделия рассеиваемая мощность. При гибридном исполнении можно обеспечить изготовление изделий достаточно большой мощности, что важно при создании аналоговых устройств, управляющих мощными входными цепями.

1. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ГИБРИДНЫХ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

1.1. Подложки ГИС

Подложки ГИС являются диэлектрическим и механическим основанием для пленочных и навесных элементов и служат теплоотводом. Материал подложки должен обладать следующими свойствами и характеристиками: 1) высоким сопротивлением изоляции и электрической прочностью; 2) большим коэффициентом теплопроводности для эффективной передачи теплоты от тепловыделяющих элементов (резисторов, диодов, транзисторов) к корпусу микросхемы; 3) достаточной механической прочностью; 4) устойчивостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок; 5) стойкостью к воздействию нагрева в процессе нанесения тонких пленок и термообработки толстых пленок; 6) способностью к механической обработке (резке и т.д.).

Структура материала подложки и состояние ее поверхности влияют на параметры пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, т.к. микронеровности уменьшают толщину резисторных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Толстые пленки имеют толщину 10 50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных ИМС могут иметь микронеровности до 1 2 мкм.

1.2. Элементы ГИС

ГИС состоит из изолирующего основания (подложки), на поверхности которого размещены пленочные элементы (резисторы, конденсаторы, спирали индуктивности, проводники и контактные площадки), а также навесные бескорпусные миниатюрные активные (транзисторы, диоды, полупроводниковые ИМС и БИС) и пассивные (конденсаторы, катушки индуктивности и т.д.) компоненты. Для защиты ГИС помещают в корпус.

Пленочные резисторы. Пленочный резистор располагают на поверхности диэлектрической подложки, конструктивно он состоит из резистивной пленки определенной конфигурации и контактных площадок. Размеры контактной области должны выбираться такими, чтобы при наихудших сочетаниях геометрических размеров резистивного слоя и контактных площадок резистивная и проводящая пленки перекрывались, обеспечивая малое переходное сопротивление контакта в низкоомных резисторах. В качестве резистивных материалов тонкопленочных резисторов используют чистые металлы и сплавы с высоким электрическим сопротивлением, а также специальные материалы керметы, которые состоят из частиц металла и диэлектрика (например, Cr и SiO). Широко распространены пленки хрома и тантала. На основе керметов, в состав которых входят хром и монооксид кремния, получают высоомные резисторы. Для изготовления толстопленочных резисторов применяют пасты, состоящие из порошка стекла, наполнителя и органической связки. Наиболее широко используют свинцовые и цинковые боросиликатные стекла. В качестве наполнителя резистивных паст применяют серебро, палладий и их сплавы.

Подгоняемые резисторы. Применяют плавную и ступенчатую подгонку сопротивления резисторов. Плавная подгонка обеспечивает точность до сотых долей процента, ступенчатая до единиц процентов.

Плавную подгонку сопротивления тонкопленочных резисторов осуществляют, изменяя или удельное поверхностное сопротивление, или форму резистивной пленки. Удельное поверхностное сопротивление изменяют путем термического, химического или механического воздействия на материал пленки. Форму резистивной пленки корректируют путем удаления части резистивного материала.

Ступенчатая подгонка сопротивления осуществляется удалением металлических перемычек в подгоночных секциях.

Наиболее распространен способ плавной подгонки, связанный с изменением геометрии резистора лазерным лучом. В процессе подгонки часть пленки удаляется и сопротивление увеличивается. При лазерной подгонке сначала производят грубую подгонку выжиганием пленки поперек, затем точную вдоль резистора; выжигание резистивной пленки под углом позволяет совместить грубую и точную подгонку.

Пленочные конденсаторы. Такие конденсаторы относятся к числу наиболее распространенных элементов ГИС. Конструктивно эти конденсаторы представляют собой трехслойную структуру металл диэлектрик металл (МДМ) и состоят из нижней и верхней обкладок, разделенных слоем диэлектрического материала.

К конструкции конденсаторов предъявляются следующие конструктивно-технологические требования: минимальные габариты; воспроизводимость характеристик в процессе производства; совместимость технических процессов изготовления конденсаторов с технологическими процессами изготовления других элементов ГИС.

Характеристики конденсаторов определяются свойствами применяемых материалов. К диэлектрику конденсаторов предъявляются следующие требования: высокие диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность и сопротивление изоляции; малые температурный коэффициент диэлектрической проницаемости и диэлектрические потери, хорошая адгезия, совместимость с технологическими процессами изготовления других элементов микросхем.

Диэлектрик конденсатора формируется методами термического напыления, ионно-плазменного и реактивного распыления.

Для изготовления диэлектрических тонких пленок применяют монооксиды кремния SiO и германия GeO, оксиды алюминия Al2O3, тантала Ta2O5, титана TiO2 и редкоземельных металлов. Высокие удельные емкости имеют титанаты бария и кальция. При изготовлении диэлектрических слоев толстопленочных конденсаторов используют пасты, котор

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Южно-Российский государственный университет

экономики и сервиса КафедраРЭС ДисциплинаМикроэлектроника Контрольная работа Выполнила: Гринюк Е.В.

Шифр: ИС-00-1276 группа: ЗМ-931 Проверил: __________________________ г. Шахты

1. Элементы и компоненты гибридных интегральных микросхем

1.1. Подложки ГИС

1.2. Элементы ГИС

1.3. Компоненты ГИС

2. Технология производства гибридных интегральных микросхем

2.1. Технологические маршруты производства тонкопленочных ГИС

2.2. Технологические маршруты производства толстопленочных ГИС

2.3. Нанесение тонких пленок в вакууме

2.4. Нанесение толстых пленок

3. Применение ГИС микросхем в микроэлектронной аппаратуре

3.1. Особенности применения ГИС в МЭА

Заключение ВВЕДЕНИЕ

Параллельно с полупроводниковым развился и совершенствовался другой конструктивно-технологический вариант создания микроэлектронных устройств, основанный на технологии тонких (до 1 мкм) и сравнительно толстых (10 – 50 мкм) пленок. Чисто пассивные пленочные ИМС не получили широкого распространения из-за ограниченных возможностей по выполнению ими функций обработки сигналов, а реализация пленочных активных элементов оказалась невозможной из-за низкой воспроизводимости их характеристик. Сочетание полупроводниковых микросхем, активных полупроводниковых приборов с пассивными пленочными элементами и пленочной коммутацией позволила создать микроэлектронные устройства с широким набором функциональных возможностей. Интегральные микросхемы, в которых на ряду с пленочными элементами, сформированными по групповой тонко- или толстопленочной технологии, содержатся имеющие самостоятельное конструктивное исполнение полупроводниковые активные компоненты (ИМС, транзисторы, диоды), изготовлены по полупроводниковой технологии, называют гибридными интегральными микросхемами (ГИС).

Одна из основных характеристик микроэлектронного изделия – рассеиваемая мощность. При гибридном исполнении можно обеспечить изготовление изделий достаточно большой мощности, что важно при создании аналоговых устройств, управляющих мощными входными цепями. 1. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ГИБРИДНЫХ

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (1):

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Краткое описание полупроводниковых и гибридных микросхем…………………….……………………………………………. ………. 4
Резисторы. ………………………………………………………………. 13

2.2. Пинч-резисторы…. …………………. . ……………. 17

2.3. Эпитаксиальные резисторы………………………….……..….. 11

2.4. Эпитаксиальные пинч-резисторы……………………………. 11

2.5. Ионно-легированные резисторы………………. 21

2.6. Пленочные резисторы…………………………………….…….. 22

3.1. Диффузионные конденсаторы…………………………………. 11

3.2. МДП – конденсаторы…………………………………………. 11

Введение
Применение интегральных микросхем (ИМС) позволяет не только уменьшить размеры радиоэлектронных аппаратуры (РЭА), но и упростить процесс ее создания. Первая интегральная полупроводниковая монолитная микросхема была изготовлена в 1958 году Дж. С. Килби (лауреат Нобелевской премии 2000 г.). Она показана на рисунке ниже.

Рис.1. Первая ИМС
ИМС обычно является законченным электронным узлом определенного функционального назначения, соответствующие активные и пассивные элементы и компоненты которого выполнены групповым методом с использованием определенных технологических приемов.

Рассмотрим некоторые особенности пассивных элементов, обусловленные технологией изготовления.

^ Краткое описание полупроводниковых и гибридных микросхем

ИМС - интегральная микросхема, где все элементы нераздельно связаны между собой, и схема рассматривается как единое целое.

Элементом называют часть ИМС, в которой реализуется функция какого-либо радиоэлемента и которую нельзя отделить от схемы и рассматривать как самостоятельное изделие. Элементы формируются на полупроводниковой пластине в едином технологическом процессе.

Компонентом ИМС, называется независимая от нее часть, которую устанавливают в процессе монтажных операций.

1. Все элементы изготавливают в едином технологическом процессе, цикле.

2. Отдельные элементы не имеют собственных границ.

3. Интегральные элементы выполняют функции различных элементов схемы.

4. Любая ИМС может быть описана принципиальной электронной схемой.

Сложность ИМС оценивают степенью интеграции, определяемой коэффициентом n = lgN, значение которого округляется до ближайшего большего целого числа, где N - число элементов и компонентов, входящих в ИМС.

По сложности ИМС делятся на:

1. простые ИМС, где n: 1. 3 - ИС;

2. БИС - большие интегральные микросхемы, где n: 3. 5;

3. СБИС - сверхбольшие интегральные микросхемы, где n: 6. 7.

По способу изготовления и получаемой при этом структуре ИМС подразделяются на:

1. полупроводниковые (в них все элементы и межэлементые соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины);

2. гибридные (в них пассивные элементы выполняются в виде пленок на поверхности диэлектрической подложки, а активные элементы реализуются в виде навесных компонентов).

По способу нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки и их толщины:

1) Тонкопленочные (меньше 1 мкм).

2) Толстопленочные (20-40 мкм).

По функциональному назначению:

1) Аналоговые (для обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции);

2) Цифровые (для сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции).

В полупроводниковых ИМС основными элементами служат биполярные и полевые транзисторы, в качестве которых используют МДП с индуцированным каналом, поэтому различают биполярные ИМС и МДП-ИМС. Элементы биполярной ИМС изолированы друг от друга, чтобы не было паразитного взаимодействия.

В гибридную ИМС могут входить транзисторы, диоды и т.п. Пассивные элементы изготавливают в них на ситаловой, керамической или стеклянной подложке - нанесением пленок, межэлементным соединением и контактные площадки.

1) аналоговых ИМС: усилительные каскады в основе, усилители, стабилизаторы U и I, преобразователи частот, фаз, длительности, генераторы синусоидальных сигналов.

2) цифровые: логические схемы, триггерные устройства, в обработки дискретной информации ЭВМ, системах автоматики и т.п.

Полупроводниковые (п/п) ИМС изготавливают из особо чистых п/п материалов (обычно кремний, германий), в которых перестраивают саму решётку кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Маленькая пластинка из кристаллического материала размерами ~1 превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому блоку из 50-100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции.

Технология изготовления п/п ИМС обеспечивает одновременную групповую обработку сразу большого количества схем. Это определяет в значительной степени идентичность схем по характеристикам. п/п ИМС. имеют высокую надёжность за счёт использования планарного процесса изготовления и значительного сокращения числа микросоединений элементов в процессе создания схем.

П/п ИМС развиваются в направлении всё большей концентрации элементов в одном и том же объёме п/п кристалла, т. е. в направлении повышения степени интеграции ИМС. Разработаны ИМС, содержащие в одном кристалле сотни и тысячи элементов. В этом случае ИМС превращается в большую интегральную систему (БИС), которую невозможно разрабатывать и изготовлять без использования электронных вычислительных машин высокой производительности.

Плёночные ИМС создаются путём осаждения при низком давлении (порядка 1 10-5 мм рт. ст.) различных материалов в виде тонких (толщиною 1 мкм) плёнок на нагретую до определённой температуры полированную подложку (обычно из керамики). В качестве материалов применяют алюминий, золото, титан, нихром, окись тантала, моноокись кремния, титанат бария, окись олова и др. Для получения ИМС с определёнными функциями создаются тонкоплёночные многослойные структуры осаждением на подложку через различные маски (трафареты) материалов с необходимыми свойствами. В таких структурах один из слоев содержит микрорезисторы, другой - микроконденсаторы, несколько следующих - соединительные проводники тока и другие элементы. Все элементы в слоях имеют между собой связи, характерные для конкретных радиотехнических устройств.

Плёночные элементы распространены в гибридных ИМС. В этих схемах на подложку сначала наносятся в виде тонких или толстых плёнок пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, проводники тока), а затем с помощью микроманипуляторов монтируют активные элементы - бескорпусные ПП микроэлементы (транзисторы и диоды).

По своим конструктивным и электрическим характеристикам п/п и гибридные ИМС дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах. В целях защиты от внешних воздействий ИМС выпускают в защитных корпусах.

Размеры отдельных элементов И. с. очень малы (порядка 0,5-10 мкм) и подчас соизмеримы с размерами пылинок (1-100 мкм). Поэтому производство И. с. осуществляется в особо чистых условиях

Создание ИМС развивается по нескольким направлениям: гибридные ИМС с дискретными активными элементами; п/п ИМС, выполненные в монолитном блоке п/п материала; совмещенные ИМС, в которых активные элементы выполнены в монолитном блоке п/п материала, а пассивные элементы нанесены в виде тонких плёнок; плёночные ИМС, в которых активные и пассивные элементы нанесены на подложку в виде тонких плёнок.

2. Резисторы
Резисторы ИМС формируют в любом из диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования.

Существуют две разновидности резисторов: интегральные и пленочные.
^ 2.1 Диффузионные резисторы
Относятся к интегральным резисторам. Диффузионные резисторы (ДР) изготовляют одновременно с базовой или эмиттерной областью.

Рис.2. Диффузионный резистор
Сопротивление ДР представляет собой объемное сопротивление участка диффузионного слоя, ограниченного p-n-переходом. Оно определяется геометрическими размерами резистивной области и распределением примеси по глубине диффузионного слоя, которое, в свою очередь, характеризуется удельным поверхностным сопротивлением . Значение является конструктивным параметром резистора, зависящим от технологических факторов (режима диффузии). При создании ИМС параметры диффузионных слоев оптимизируют с целью получения наилучших характеристик транзисторов типа n-p-n, поэтому параметры ДР улучшают не варьированием технологических режимов, а выбором конфигурации и геометрических размеров резистора. Низкоомные (десятки ом) резисторы имеют малое отношение l/b. Форму и размеры контактов к ним выбирают такими, чтобы сопротивление приконтактных областей было значительно меньше сопротивления основной области резистора. Резисторы с сопротивлением от сотен ом до единиц килоом имеют однополосковую конструкцию. Здесь длина и ширина приконтактной области равны ширине резистора. Более высокоомные резисторы (до 60 кОм) имеют форму меандра (змейки) или изготовляются в донной части базовой области (пинч-резисторы). Длина однополоскового диффузионного резистора не может превышать размеров активной области кристалла (1 – 0,5 мм), ширина ограничена минимальной шириной окна под диффузию, определяемой возможностями фотолитографии (2,5 - 3 мкм), и боковой диффузией (уход примеси под окисел равен примерно глубине диффузионного р-n-перехода). Типичные значения сопротивления диффузионных резисторов, которые можно получить при данном значении , лежат в диапазоне 4
Ширина резистора,

Отклонения от номиналов сопротивлений резисторов, расположенных на одном кристалле, за счет неточностей технологии имеют один и тот же знак, поэтому отношение сопротивлений сохраняется с высокой точностью (табл. 1). Аналогично, температурный коэффициент отношения сопротивлений мал по сравнению с ТКR для отдельного резистора [(1,5—3)·10-4 1/°С]. Эту особенность диффузионных резисторов учитывают при разработке полупроводниковых ИМС.

На основе эмиттерной области формируются резисторы небольших номиналов [3—100 Ом с TKR = (1 - 2)·10-4 1/°С], поскольку значение эмиттерного слоя невелико.
2.2. Пинч-резисторы
Относятся к интегральным резисторам. При необходимости создания в ИМС резисторов с сопротивлением более 60 кОм используют пинч-резисторы (синонимы: канальные, сжатые, закрытые резисторы). Их формируют на основе донной, слаболегированной базовой области, имеющей большее сопротивление и меньшую площадь сечения. Максимальное сопротивление таких резисторов составляет 200 - 300 кОм при простейшей полосковой конфигурации, =2 - 5 кОм/см. Пинч-резисторы имеют большой разброс номиналов (до 50%) из-за трудностей получения точных значений толщины донной части р - слоя, большого ТКR = (3 - 5) · 10-3 1/°С вследствие меньшей степени легирования донной части. У пинч-резистора n+- и р - слои закорочены металлизацией и соединены с выводом резистора, находящимся под большим положительным потенциалом, чем остальные области структуры. Такое соединение обеспечивает обратное смещение на всех переходах пинч-резистора. Этот резистор имеет линейный участок ВАХ только до напряжений 1 - 1,5 В, его пробивное напряжение равно 5 - 7 В.
^ 2.3. Эпитаксиальные резисторы
Относятся к интегральным резисторам. Из трех областей транзистора коллекторная область имеет наименьшую концентрацию легирующей примеси и максимальное значение (500 -5000 Ом/см). Поскольку эпитаксиальный слой легирован однородно, проводимость эпитаксиального резистора (ЭР) постоянна по всему его сечению в отличие от ДР. У ЭР поперечное сечение по форме существенно отличается от сечений ДР, ибо эпитаксиальный резистор формируется разделительной диффузией. Так как эта диффузия самая продолжительная и точная регулировка размеров диффузионных областей, особенно величины боковой диффузии, затруднена, разброс номиналов сопротивления ЭР значителен. Казалось бы, что большие значения позволяют экономить площадь кристалла при формировании ЭР больших номиналов, однако значительная площадь области разделительной диффузии сводит на нет это преимущество. Эпитаксиальные резисторы имеют высокое напряжение пробоя (> 100 В) и большой TKR, поскольку коллекторная область легирована слабо.
^ 2.4. Эпитаксиальные пинч-резисторы
Относятся к интегральным резисторам. Конструкции этих резисторов отличаются от обычного ЭР тем, что их поперечное сечение уменьшено сверху на глубину базового слоя, что и предопределяет большие, чем у ЭР, значения ( = 4 - 8 кОм/см) и номиналы сопротивления при одной и той же площади. Пробивное напряжение этих резисторов определяется пробивным напряжением Uкб (см. табл. 2), TKR = 4·10-3 1/°C.
^ 2.5. Ионно – легированные резисторы
Относятся к интегральным резисторам. Структура этих резисторов такая же, как и у ДР, но глубина ионно-легированных слоев, в которых сформировано тело резистора, составляет лишь 0,1 - 0,3 мкм. Ионная имплантация может обеспечить малую концентрацию легирующей примеси в слое. При соответствующем выборе дозы легирования и параметров отжига (10 – 20 мин при 500 - 600°С) можно получить = 0,5 - 20 кОм/см. Могут быть достигнуты номиналы сопротивлений в сотни килоом со сравнительно низким ТКR и допуском ±10%. Ширина и толщина ионно-легированных резисторов с большими номиналами сопротивлений очень малы, что усложняет получение качественного омического контакта. Для формирования надежных контактов используют диффузионные р - или n - облаети, которые создают на стадии базовой или эмиттерной диффузии.

Типичные характеристики интегральных резисторов приведены в табл. 2.

^ 2.6. Пленочные резисторы
В совмещенных ИМС (в одной конструкции совмещены элементы, изготовляемые по полупроводниковой и пленочной технологии) поверх слоя защитного диэлектрика могут быть сформированы тонкопленочные резисторы. По сравнению с полупроводниковыми резисторами они обладают следующими преимуществами: имеют более высокие значения , меньшие значения паразитных параметров, более высокую точность изготовления, низкий ТКR. Основной их недостаток - необходимость введения дополнительных операций в технологический маршрут изготовления ИМС и дополнительных мер защиты от внешних воздействий. Наиболее часто используемые материалы для тонкопленочных резисторов - нихром и тантал (табл. 3), наиболее распространенная форма - полосковая. Тонкопленочные резисторы располагают на гладкой поверхности защитного диэлектрика (обычно стекло или SiO₂), не содержащей ступенек.
Таблица 3

Рис.3. Горизонтальный биполярный транзистор

· удельную емкость дна р-n-перехода коллектор - подложка 100 пФ/мм 2 , а боковой стенки 250 пФ/мм 2 ; пробивное напряжение перехода до 100 В;

· удельную емкость р-n-перехода база - коллектор 350 пФ/мм 2 , a его пробивное напряжение 30 - 70 В;

· удельную емкость дна р-n-перехода эмиттер - база 600 пФ/мм 2 , а боковой стенки 1000 пФ/мм 2 , пробивное напряжение перехода 7 В.

Самую большую удельную емкость (более 1000 пФ/мм 2 ) имеет р-n-переход. область изолирующей р - диффузии - подколлекторный n + -слой, его пробивное напряжение 10 В. ТКС конденсаторов на этом переходе сравнительно большой (2·10 -4 1/°С).

Поскольку ширина обедненного слоя обратно смещенного перехода зависит от напряжения, емкость ДК также изменяется с изменением напряжения. Удельную емкость любого полупроводникового перехода можно аппроксимировать формулой C₀=К(1/U) m , где К —коэффициент пропорциональности, зависящий от уровня легирования полупроводниковых областей; m - показатель: mÎ [1/3; 1/2], причем m=1/2 соответствует ступенчатому, а m=1/3 - линейному переходу. Остальные значения т, входящие в указанное множество, соответствуют реальным распределениям примеси, в том числе гауссову и по функции ошибок.

В табл. 4 даны значения удельной емкости переходов интегрального транзистора со скрытым слоем и без него, с подложкой р - типа (ρ_s = 5 Ом·см), гауссовым распределением примеси в базе (ширина 0,7 мкм) и распределением примеси по функции ошибок в эмиттере.
Таблица 4

Эмиттерный переход обладает наибольшей удельной емкостью, но малыми напряжением пробоя и добротностью. Базовый переход используется для формирования ДК наиболее часто. Параметры диффузионных конденсаторов на этих переходах приведены в табл.5. Значения максимальной емкости даны ориентировочно в предположении, что площадь всех конденсаторов ИМС не превьшает 20 - 25% площади кристалла. Недостатком ДК является необходимость обеспечения строго определенной полярности, так как условием их нормальной работы является обратное смещение р-n-перехода.
Таблица 5

Читайте также: