БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (МИ)

Из всех перечисленных этапов технологического процесса наиболее ответственным является фотолитография. Она обеспечивает проведение избирательной обработки отдельных участков ПП пластины, например вытравливание «окон» в окисной плёнке на пластине для проведения диффузии примесей. В этом процессе используется светочувствительный лак — фоторезист. Плёнка фоторезиста, нанесённая на ПП пластину, облучается ультрафиолетовым светом через приложенную плотно к пластине фотомаску — т. н. фотошаблон, который представляет собой стеклянную пластинку с выполненным на ней повторяющимся рисунком, образованным непрозрачными и полупрозрачными участками (чаще всего слоя хрома). После облучения плёнка фоторезиста подвергается селективному травлению, в результате чего на ПП пластине воспроизводится рисунок фотошаблона. Экспонирование фоторезиста проводится также и бесконтактным способом: проецированием рисунка на пластину. Перспективен метод экспонирования заданного рисунка электронным лучом (электронолитография).

При изготовлении полупроводниковых ИС требуется неоднократное проведение фотолитографического процесса с воспроизведением на пластине совмещающихся между собой различных рисунков. Для этого обычно используется набор из 7—8 фотошаблонов. Проектирование и изготовление фотошаблонов требует особо высокой точности и соблюдения в производственных цехах условий вакуумной гигиены (не более 3—5 пылинок размером около 0,5 мкм на 1 л воздуха): для получения сотен элементов микронных размеров в сотнях идентичных ИС, изготавливаемых одновременно на одной ПП пластине, фотошаблоны должны обеспечивать воспроизводимость размеров от одного рисунка к другому и их взаимную совмещаемость. Поэтому при проектировании и изготовлении фотошаблонов используется сложное прецизионное оборудование: координатографы с программным управлением от ЭВМ для вычерчивания оригинала рисунка с увеличением в сотни раз; различной конструкции фотоштампы для уменьшения рисунка-оригинала и его мультиплицирования (размножения).

Для формирования структур элементов в исходной ПП пластине проводится легирование примесями участков, подготовленных на этапе фотолитографии. Основным методом легирования является диффузия, например при помещении пластины кремния на некоторое время в пары примеси при температуре 1100—1200 °С. Точность поддержания температуры, постоянство концентрации примеси у поверхности пластины, длительность процесса определяют распределение примеси по толщине пластины и соответственно параметры формируемого элемента. Кроме диффузии, легирование может производиться ионным внедрением (бомбардировкой пластины ионизированными атомами примеси), которое является новым технологическим направлением, дополняющим и частично заменяющим диффузию. Полупроводниковые ИС имеют высокий уровень интеграции (до 10 000 элементов и более в одном ПП кристалле).

Совершенствование технологии изготовления активных (диодных и транзисторных) элементов на пластинах ПП материала путём перехода на групповые методы стимулировало развитие техники печатного монтажа и плёночной технологии создания пассивных (резистивных, ёмкостных) микроминиатюрных компонентов, что послужило основой для разработки плёночных ИС. Плёночные ИС, как правило, являются чисто пассивными, т. к. нанесение монокристаллических ПП плёнок для формирования активных элементов не обеспечивает необходимого их качества. Основой для плёночной ИС служит диэлектрическая, например керамическая, подложка. Различают толстоплёночную технологию изготовления ИС — нанесение слоев проводящих, резистивных и диэлектрических паст толщиной от 1 до 25 мкм и тонкоплёночную технологию — вакуумное напыление плёнок толщиной до 1 мкм через металлические трафареты или вакуумное напыление в сочетании с последующей фотолитографической обработкой.

Плёночная ИС со смонтированными на ней бескорпусными дискретными ПП приборами (диодами, транзисторами) и бескорпусными полупроводниковыми ИС называется гибридной ИС ( рис. 3 ). Её пассивная часть может быть выполнена многослойной, в виде набора керамических подложек со слоями плёночных элементов. После спекания подложек получается монолит с многослойным расположением электрически соединённых между собой пассивных элементов. Бескорпусные активные элементы монтируются на верхней поверхности монолита.

Кроме полупроводниковых и плёночных ИС, изготавливают т. н. совмещенные ИС. Активные элементы в них выполняются в объёме ПП подложки по планарно-эпитаксиальной технологии, а пассивные элементы и электрические соединения наносятся в виде тонких плёнок на поверхность монолитной структуры. По уровню интеграции совмещенные ИС приближаются к полупроводниковым.

Изготавливают также многокристальные ИС с высоким уровнем интеграции, в которых несколько кристаллов полупроводниковых ИС объединяются на диэлектрической подложке плёночными соединениями в сложнейшее электронное устройство. Его функциональное назначение может соответствовать отдельному блоку или даже системе, например вычислительной машине настольного типа.

Сочетание плёночной технологии получения пассивных элементов и использование в качестве активных элементов электровакуумных приборов в микроминиатюрном исполнении привело к появлению вакуумных ИС и нового направления — вакуумной микроэлектроники. Вакуумная ИС может быть выполнена как в виде плёночной ИС с навесными микроминиатюрными электровакуумными приборами, так и в виде устройства, все компоненты которого помещены в вакуум. В отличие от ПП ИС вакуумные ИС имеют повышенную стойкость к воздействию космического излучения; их плотность упаковки достигает 20—30 элементов в 1 см 3.

Все виды ИС по функциональному признаку делятся на 2 больших класса: цифровые (логические) ИС и линейные ИС. Цифровые ИС предназначены для работы в логических устройствах, в частности они применяются в ЭВМ. К линейным относятся все остальные ИС, предназначенные в основном для линейного (в конечном счёте) преобразования электрических сигналов (усиления, модуляции, детектирования и т. д.), хотя они могут включать в себя такие нелинейные элементы, как генераторы синусоидальных колебаний, преобразователи частоты и др.

Дальнейшее развитие М. идёт главным образом в двух направлениях: повышение уровня интеграции и плотности упаковки в ИС, ставших традиционными; изыскание новых физических принципов и явлений для создания электронных устройств со схемотехническим или даже системотехническим функциональным назначением. Первое направление привело к уровням интеграции, характеризующимся многими тысячами элементов в одном корпусе ИС с микронными и субмикронными размерами отдельных элементов. Второе направление может позволить отказаться от дальнейшего повышения уровня интеграции ИС (из-за конструктивной сложности), снизить рассеиваемую мощность, увеличить быстродействие аппаратуры и др. Это новое направление в целом приобретает название функциональной микроэлектроники — электроники комбинированных сред с использованием таких явлений, как оптические явления в твёрдом теле (оптоэлектроника) и взаимодействие потока электронов с акустическими волнами в твёрдом теле (акустоэлектроника), а также с использованием свойств сверхпроводников, свойств магнетиков и полупроводников в магнитных полупроводниках (магнетоэлектроника) и др.