1. Классификация интегральных микросхем

Интегральная микросхема (ИМС) – это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала или накопления информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Элементом ИМС называется ее часть, реализующая функцию какого-либо радиоэлемента (резистора, конденсатора, диода, транзистора), выполняемая нераздельно от кристалла ИМС. Элемент не может быть отделен от ИМС как самостоятельное изделие.

Компонентом ИМС также называется ее часть, реализующая функцию какого-либо радиоэлемента. Однако эта часть перед монтажом является самостоятельным изделием. Компонент в принципе может быть отделен от изготовленной ИМС.

Плотность упаковки элементов – количество элементов (чаще всего транзисторов) на единицу площади кристалла. Этот показатель, характеризующий уровень технологии, в настоящее время составляет 1000 элементов/мм² и более.

Кроме плотности упаковки используют еще такой показатель, как степень интеграции – показатель функциональной сложности ИМС. Степень интеграции определяется формулой , где –коэффициент определяющий степень интеграции, а – число элементов и компонентов, входящих в ИМС.

ИМС классифицируют по технологии изготовления, по функциональному назначению и по другим признакам /7,9/. По конструктивно – технологическим признакам различают полупроводниковые и пленочные ИМС.

Полупроводниковой ИМС называется ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и (или) на поверхности полупроводника.

Пленочной ИМС называется ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок. Различают два вида пленочных ИМС: тонкопленочные и толстопленочные. Различие между ними может быть количественным и качественным. К тонкопленочным условно относят ИМС с толщиной пленок до 1 мкм, а к толстопленочным – ИМС с толщиной пленки более 1 мкм. Качественные различия определяются технологией изготовления пленок. Тонкие пленки микросхем обычно изготовляют методами термовакуумного осаждения и катодного распыления, а толстые – методами сеткографии (нанесение специальных паст через трафареты) с последующим вжиганием. Толстопленочные ИМС имеют преимущество перед тонкопленочными благодаря меньшей сложности и стоимости оборудования для их изготовления и меньшим затратам при массовом производстве.

Комбинирование полупроводниковой и пленочной технологий привело к разработке схем нового типа – гибридных ИМС (ГИС), в которых используются микроминиатюрные дискретные активные элементы (транзисторы, диоды и их сборки). Применение дискретных активных элементов объясняется отсутствием в настоящие время эксплутационно устойчивых пленочных транзисторов и диодов.

ГИС называют ИМС, в составе которой имеются пленочные элементы и компоненты.

В составе ГИС, кроме простых, могут быть и сложные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИМС). Частым случаем ГИС является многокристальная ИМС, представляющая собой совокупность нескольких бескорпусных ИМС на одной подножке.

В качестве базового элемента в полупроводниковых ИМС используют биполярные транзисторы, преимущественно с - типом электропроводности, изготовляемые по планарно-диффузионной или планарно-эпитаксиальной технологии, и униполярные транзисторы с МДП - структурой одного или двух типов электропроводности канала, изготовляемые по планарной технологии. Поэтому различают биполярные и МДП интегральные микросхемы. Элементы биполярной интегральной микросхемы должны быть изолированы друг от друга для исключения паразитного взаимодействия. В связи с особенностями МДП - транзисторов элементы МДП интегральных микросхем не нуждаются в специальной изоляции друг от друга.

Соединения отдельных элементов между собой, необходимые для функционирования схемы, осуществляют с помощью тонких металлических полосок, нанесенных на окисленную поверхность кристалла.

Основными технологическими операциями изготовления полупроводниковых ИМС называют те, с помощью которых создаются локальные области в полупроводниковом материале и формируются переходы структуры и элементы схемы. К ним относится локальная диффузия легирующих примесей, ионное легирование и эпитаксиальное наращивание монокристаллических слоев на пластину, имеющую противоположный тип электропроводности, структурное разупорядочение в тонких пленках, испарение частиц с последующий конденсацией, литография. Базовые операции производства ИМС подробно рассмотрены в /9/. В связи с этим все полупроводниковые ИМС по технологическим признакам подразделяют на две группы: ИМС, изготовляемые с применением только процессов диффузии, и ИМС, при изготовлении которых сочетаются процессы эпитаксиального наращивания, диффузии и ионного внедрения примесей. Технологию изготовления микросхем первой группы называют планарно-диффузионной, а второй группы – планарно-эпитаксиальной.

Разновидностями этих технологий является так называемые совмещенная и изопланарная технологии. При совмещенной технологии активные элементы ИМС изготовляют методами планарно-диффузионной или планарно-эпитаксиальной технологии в объеме полупроводникового материала, а пассивные – методами тонкопленочной технологии на поверхности кристалла.

Метод изоляции элементов также существенно влияет на конструкцию микросхемы. В полупроводниковых ИМС для изоляции элементов наиболее широко применяют следующие методы: изоляцию обратно смещенными - переходами; полную диэлектрическую изоляцию; комбинированную изоляцию (сочетание изоляции -переходами и диэлектриком).

Основу конструкции полупроводниковых ИМС составляет транзисторная структура, которая является базовой для реализации всех входящих в схему активных и пассивных элементов.

Технологические методы и тип конструкции полупроводниковых ИМС обычно классифицируют по способам получения локальных областей и переходов транзисторной структуры и методом изоляции.

В зависимости от технологических методов и конструкции полупроводниковые ИМС подразделяют на:

планарно-диффузионные с изоляцией элементов - переходам;

планарно-диффузионные с резистивной изоляцией элементов;

планарно-эпитаксиальные с изоляцией элементов - переходами;

планарно-эпитаксиальные с диэлектрической изоляцией элементов;

совмещенные;

изопланарные с комбинированной изоляцией;

металл – диэлектрик – полупроводниковые на транзисторах с одним типом электропроводности (МДП-ИМС);

металл – диэлектрик – полупроводниковые на транзисторах с взаимодополняющими типами электропроводности (КМДП-ИМС).