Tehnologii de Fabricare a Circuitelor Integrate

Dezvoltarea electronicii a condus la realizarea de echipamente tot mai complexe,

care folosesc un numar mare de componente. Cresterea numarului de componente ale

unui echipament electronic a ridicat probleme la implantarea acestora, iar numarul mare

de conexiuni scadea fiabilitatea aparaturii. Aceste probleme au fost rezolvate prin

utilizarea circuitelor complexe integrate care au marit si performantele tehnice si

economice ale echipamentelor electronice.

Scazând numarul de conexiuni în dispozitivul asamblat cu circuite integrate,

factorul de fiabilitate creste, depasind 0,01% pentru 1000 ore de functionare.

Un circuit integrat este un circuit electronic complet, realizat pe o bucata mica de

material semiconductor (cip). Cipul se încapsuleaza în capsule si se utilizeaza ca o

singura componenta.

Circuitele integrate se clasifica în functie de gradul de complexitate:

- CI pe scara mica (SSI - Small Scale Integration) cu pâna la

100 componente/cip;

- CI pe scara medie (MSI-Medium Scale Integration) cu

100-3.000 componente/cip;

- CI pe scara mare (LSI - Large Scale Integration), cu

3.000-100.000 componente/cip;

- CI pe scara foarte mare (VLSI - Very Large Scale Integration), cu pâna la

100.000-1.000.000 componente/cip;

- CI pe scara ultra mare (ULSI - Ultra Large Scale Integration), cu peste

1.000.000 componente pe cip.

Cresterea complexitatii circuitelor integrate a dus atât la scaderea rapida a

costurilor sistemelor clasice de prelucrare a informatiei, cât si la sporirea

performantelor acestor sisteme, ajungându-se la un înalt grad de prelucrare simultana

(paralela) a informatiei.

Dimensiunile elementelor din care se constitue circuitele electronice s-au redus

considerabil, odata cu cresterea densitatii pe unitatea de suprafata a integratului. Astfel,

în curând se vor comercializa componente cu circa 42 de milioane tranzistori/cm2 (de

ex., procesoarele Intel-Pentium IV

În tehnologia circuitelor integrate, care realizeaza în acelasi timp toate

componentele de circuit, se disting doua directii principale :

- tehnologia bipolara, cu componentele realizate în masa unui semiconductor,

utilizând jonctiunile semiconductoare pn;

- tehnologia MOS - cu componentele realizate la suprafata unui semiconductor,

având la baza structuri metal - oxid - semiconductor.

Primul procedeu realizeaza dispozitive cu performantele cele mai ridicate, dar al

doilea este mai simplu si permite integrarea unui numar mare de componente. Ambele

tehnologii utilizeaza ca material semiconductor siliciul, tehnologia standard. Pentru

dispozitivele care utilizeaza curent de înalta frecventa (de exemplu, 1 GHz) se utilizeaza

arseniura de galiu (GaAs) si tehnologia Si-Ge (patent IBM).

Tehnologiile de realizare a circuitelor integrate pe placuta de siliciu utilizeaza

fotolitografia, procedeu care consta într-o serie de procese fizico-chimice pentru

formarea la suprafata plachetei de siliciu a unui strat protector, cu o configuratie

corespunzatoare circuitului integrat.

În acest scop, placheta de siliciu se oxideaza, apoi se acopera cu un material

polimeric numit fotorezist. Acest material este solubil în solutii de acizi, sau baze, dar

devine insolubil când este expus la lumina ultravioleta. Se aseaza apoi peste placheta o

foaie de mascare, care contine suprafete opace si transparente, numita fotomasca

(masca). Pastila se supune apoi iradierii la lumina ultravioleta. Acolo unde lumina trece

prin suprafetele transparente ale mastii, fotorezistul devine insolubil, iar sub regiunile

opace, fotorezistul ramâne solubil si poate fi îndepartat prin dizolvare. Dupa dizolvare,

stratul de oxid ramâne descoperit. Introducând placheta într-o solutie de HF, oxidul de

siliciu neacoperit este dizolvat, lasând expus siliciul. Fotorezistul insolubil se

îndeparteaza printr-un proces de dizolvare special, pentru a obtine placheta de siliciu

oxidat, cu ferestre. Prin aceste ferestre se realizeaza în faza urmatoare, difuzia

impuritatilor în stratul de siliciu, prin dopare dirijata.

Fotorezistoarele sunt compusi cu o stabilitate foarte mare la actiunea acizilor si

bazelor, deoarece în procesele de corodare chimica, sau de depunere electrolitica,

stratul protector de fotorezist se afla în contact cu agentii chimici foarte corozivi (HF,

HNO3, H2SO4, NaOH, KOH). Fotorezistoarele se confectioneaza din mase plastice de

polimerizare, cu adaos de alte materiale, pentru marirea rezistentei la coroziune chimica.

Foarte rezistente sunt fotorezistoarele confectionate pe baza de cauciuc, cu care se poate

realiza o corodare chimica a siliciului pâna la adâncimi de 100 microni.

Fotorezistoarele se clasifica în pozitive si negative. Daca în urma expunerii la

lumina, solubilitatea fotorezistului creste, fotorezistul este pozitiv. În caz contrar,

fotorezistul este negativ. Fotorezistoarele pozitive sunt sensibile la actiunea solutiilor

bazice, dar nu dau fenomenul de aureolare ca în cazul celor negative (prezinta o rezolutie

mai buna). Alegerea unui anumit tip de fotorezist depinde de scopul procesului

fotolitografic.

Fotomasca (fotosablonul) este o placa de sticla, sau alt material, (polimetacrilat de

metil) pe suprafata careia sunt imprimate desene cu elementele circuitelor integrate.

Fotomastile pot fi de doua tipuri: pozitive si negative.

La fotomastile pozitive, elementele circuitelor integrate sunt din materiale opace

la radiatia activa, pe un fond transparent;

La fotomastile negative, circuitele sunt transparente, pe un fond opac la radiatia

activa.

Fotomastile trebuie sa satisfaca, în principal, urmatoarele cerinte:

- putere de rezolutie mare (în prezent se folosesc fotosabloane cu elemente a

caror dimensiuni sunt sub 0,1 microni);

- numar mare de imagini pe suprafata de lucru (se pot realiza 10-10.000 de

elemente identice pe suprafata fotosablonului);

- planeitate buna a fetei de lucru a fotomastii (abaterea nu trebuie sa fie mai

mare de 0,5 microni);

- stabilitate mare în timp a desenului si a dimensiunilor lui;

- precizie mare, de fractiuni de micron, în pozitionarea succesiva a setului de

fotomasti, necesar pentru realizarea dispozitivelor cu mai multe straturi.

Înainte de realizarea fotomastilor, se calculeaza elementele active, pasive si

conexiunile care fac parte din circuitul integrat. Dupa aceasta, machetele fotomastilor

sunt desenate la o scara mai mare decât originalul. Desenele originale, marite de