Producerea Circuitelor Integrate

I. INTRODUCERE

Definiţia circuitului integrat

Circuitul integrat (CI) reprezintă o unitate constructivă inseparabilă de microelemente

interconectate electric şi plasate cu mare densitate în volumul sau pe suprafaţa unei baze comune.

CI apare ca un tot unitar din punct de vedere al prezentării, denumirii, testării şi exploatării.

Clasificarea circuitelor integrate semiconductoare

a) Din punct de vedere al tehnologiei de formare şi conectere a elementelor componente

CI semiconductoare se pot clasifica în:

- CI monolitice care au toate microelementele şi interconexiunile realizate printr-un proces

unitar de elaborare în volumul sau pe suprafaţa unui singur cristal semiconductor, numit

pastilă sau cip. Cuvântul cip provine din termenul din limba engleză ''chip'', adică aşchie.

- CI peliculare care au microelementele sub formă de pelicule conductoare, rezistive sau

dielectrice, formate pe un substrat izolator;

- CI hibride care sunt ansamble de componente peliculare pasive şi componente discrete,

active sau pasive (cipuri monolitice, tranzistoare, condensatoare, bobine) conectate şi fixate pe

acelaşi suport izolator.

b) Din punct de vedere al tehnologiei de fabricare CI pot fi realizate în:

-tehnologie bipolară;

-tehnologie MOS;

-tehnologie BiCMOS.

Nivelul de complexitate funcţională a circuitelor integrate

Nivelul de complexitate funcţională a circuitelor integrate se determină fie în funcţie de

numărul de componente de pe cip, fie cu ajutorul unor elemente de referinţă numite circuite

echivalente.

In funcţie de complexitatea CI se disting următoarele trepte de integrare:

- SSI (Small Scale Integration) - circuite cu grad redus de integrare care conţin până la 100 de componente pe cip;

- MSI (Medium Scale Integration) - circuite cu grad mediu de integrare care conţin între 100 şi 1.000 de componente pe cip;

- LSI (Large Scale Integration) - circuite larg integrate care conţin între 1.000 şi 10.000 de

componente pe cip;

- VLSI (Very Large Scale Integration) - circuite foarete larg integrate care conţin între 10.000 şi 100.000 de componente pe cip;

- V2LSI sau ULSI sau SLSI (Very-Very, Ultra sau Super Large Scale Integration) - circuite

super-larg integrate care conţin mai mult de 100.000.000 de componente pe cip (la ora actuala s-a ajuns la peste 1.000.000 componente pe cip).

II. Procesul bipolar de fabricatie al CI:

Tehnologia de fabricare a CI monolitice bipolare s-a dezvoltat mult de când, în anul 1959, s-a inventat procesul planar de realizare a tranzistoarelor. Evoluţia s-a manifestat în ceea ce priveşte dezvoltările din domeniul fotolitografiei, a tehnicilor de prelucrare, existând tendinţa de a se reduce tensiunea de alimentare din sistemele electronice care utilizează CI.

Dezvoltările din domeniul fotolitografiei au redus dimensiunea minimă ce se poate atinge de la zeci de microni la nivele submicronice. Astfel, datorită controlului precis de dopare cu impurităţi asigurat de metoda implantării ionice, această metodă a devenit dominantă în procesele de impurificare. De asemenea în prezent multe circuite lucrează la tensiuni de alimentare de ±5V sau ±3V în loc de ±15V (sau în cazul cel mai defavorabil de ±18V), ultimele valori fiind necesare în cazul circuitelor mai vechi pentru a se obţine domeniul dinamic maxim (de exemplu la amplificatoarele operaţionale). Reducerea tensiunii de alimentare a CI are ca efect posibilitatea conectării mai apropiate a dispozitivelor CI şi realizarea unor structuri mai puţin adânci cu capabilităţi de frecvenţă mai mari.

In tehnologia de fabricare a CI bipolare, cu izolare prin joncţiuni, circuitul monolitic propriu-zis este realizat în cipul de siliciu, lipit pe baza sau grila capsulei şi conectat electric prin fire subţiri de aur (25 μm diametru) la terminalele solide ale capsulei numite pini.

Fluxul tehnologic de realizare a CI monolitice cuprinde următoarele etape principale:

- proiectarea şi realizarea măştilor

- prelucrarea plachetei

- asamblarea şi testarea

1.Proiectarea şi realizarea măştilor se obţine prin parcurgerea următoarelor etape:

a) proiectarea electrică de circuit care se face pe baza specificaţiilor circuitului date de

utilizatorul CI. Modelarea se realizează cu ajutorul calculatorului.

b) proiectarea planului circuitului (numit şi lay-out) se face conform schemei electrice şi

a unor reguli de proiectare specifice fiecărui element de circuit. Planul CI se desenează la scara

cuprinsă între 200:1 şi 500:1, executându-se 6 sau 7 desene care prin suprapunere dau planul

complet. Apoi planul se trece de pe hârtie milimetrică pe un material special destinat fotografierii prin transparenţă. In final se realizează măştile prin reducerea fotografică în două trepte a planului fiecărei măşti, până la dimensiunea finală a CI.

In prelucrarea plachetei se porneşte de la o plachetă de siliciu de tip p (wafer în limba

engleză), pe care se vor realiza simultan câteva sute de cipuri. Placheta, de grosime 250-300 μm şi diametru de 40-80mm, se polizează oglindă pe una din feţe şi se prelucrează prin procesul planar care se bazează pe o succesiune de etape de fotomascare, difuzie şi creştere epitaxială.

2.Prelucrarea plachetei

Fotomascarea (fotolitografia sau fotogravura) este procedeul prin care se definesc

simultan pe suprafaţa plachetei toate microelementele tuturor CI şi constă din: creştere de bioxid

de siliciu (SiO2), etalare de fotorezist, expunere prin mască la raze ultraviolete, developare de

fotorezist, corodare de SiO2, înlăturare de fotorezist.

Urmează difuzia impurităţilor care constă în deplasarea, de obicei la temperaturi înalte, a

atomilor de impurităţi de la suprafaţa bucăţii de siliciu spre interiorul (volumul) acesteia.

Dupa folosirea primei măşti cu ajutorul căreia se selectează zonele de strat îngropat (zona

notată cu n+ pe fig.1.1,b) se realizează o operaţie de creştere epitaxială care se referă la

creşterea unui strat semiconductor monocristalin pe un substrat monocristalin din acelaşi

semiconductor (fig.1.1,c). In acest strat de tip n+, în nişte “insule” se vor realiza toate elementele