Общие сведения о микросхемах и технологии их изготовления

Можно сказать, что тактико-технические, конструктивно-технологические, эксплуатационные, экономические характеристики электронной аппаратуры определяют применяемые в ней микросхемы.

Микросхемой (МС) называется функционально законченный электронный узел, элементы и соединения в котором конструктивно не разделены.

Теория, методы расчета и изготовление микросхем составляют основу микроэлектроники – наукоемкой отрасли техники.

По конструктивно-технологическому исполнению микросхемы делятся на полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС) и гибридные интегральные микросхемы (ГИМС).

Полупроводниковые микросхемы в своей основе имеют монокристалл полупроводника обычно кремния. В толще этого монокристалла методами литографии и избирательного легирования создаются транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Соединения между элементами формируются на поверхности кристалла методами тонкопленочной технологии и литографии.

Полупроводниковые микросхемы бывают однокристальные, когда имеют индивидуальный герметичный корпус с внешними выводами, бывают многокристальные, когда совокупность бескорпусных микросхем смонтированы на общей коммутационной плате, часто многоуровневой, в общем корпусе.

Гибридные микросхемы (ГИМС) состоят из пленочных пассивных элементов (сопротивлений, конденсаторов), которые сформированы непосредственно на подложке из диэлектрического материала, и из бескорпусных полупроводниковых кристаллов ( транзисторов, диодов, несложных ИМС), установленных и смонтированных на той же подложке.

Пассивные элементы и проводники выполняются по тонкопленочной или толстопленочной технологии, с применением фотолитографии или, соответственно, трафаретной печати.

Основной структурной единицей полупроводниковой микросхемы являются транзисторы. В ходе их изготовления получают все другие элементы.

Транзисторы бывают униполярные (полевые) со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП) или со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с индуцированным каналом проводимости n- или p - типа.

Бывают так же биполярные транзисторы, в которых функционируют носители заряда и донорной (n-типа) и акцепторной (p-типа) проводимости.

Число элементов в микросхеме характеризует ее степень интеграции. По этому параметру микросхемы условно делятся на микросхемы малой степени интеграции (100 элементов на 1 кристалле), средней степени интеграции (до 1000 элементов на 1 кристалле), большие микросхемы (10⁴ элементов на 1 кристалле), сверхбольшие микросхемы (до 10⁶ элементов на 1 кристалле). Наибольшей степенью интеграции обладают цифровые ИМС с регулярной структурой: схемы динамической и статической памяти, перепрограммируемые запоминающие устройства

Конструкция микросхемы определяется совокупностью слоев разного состава и их топологией, то есть формой, размерами, расположением отдельных элементов и соединений между ними. Таким образом, структура микросхемы – это вид поперечного сечения микросхемы, а топология микросхемы – это вид сверху на подложку (пластину). Топология может быть и послойной, то есть вид сверху на один из слоев микросхемы.

Укрупненные схемы технологических процессов изготовления полупроводниковых интегральных микросхем и гибридных интегральных микросхем показаны ниже.