10. Mikroelektronika 10 Mikroelektronikanın texnoloji əsasları



Yüklə 77,48 Kb.
tarix05.02.2018
ölçüsü77,48 Kb.

10. Mikroelektronika

10.1. Mikroelektronikanın texnoloji əsasları
Elektron qurğularının və onların yerinə yetirdiyi funksiyaların (əməliyyatların) kəskin mürəkkəbləşməsi onlardakı elementlərin və onları birləşdirən hissələrin (naqillərin) xeyli artmasına səbəb olur. Belə qurğuları diskret radiokomponentlər (diod, tranzistor, rezistor, kondensator və s.) əsasında hazırlamaq və eyni zamanda onların lazımi etibarlığını təmin etmək qeyri mümkündür. Belə ki, bu qurğular iri və ağır olur, baha başa gəlir. Çox vaxt belə mürəkkəb qurğuların ölçülərinə və çəkisinə məhdudiyyət qoyulur ki, onları da adi diskret komponentlərdən istifadə etməklə yerinə yetirmək olmur.

Bütün bu çətinlikləri mikroelektronika (ölçüləri 5-300 mkm, olan cihazlar) aradan qaldırır. Mikroelektronika (ME) yüksək etibarlı, iqtisadi cəhətdən səmərəli və ölçülərinə görə çox kiçik elektron sxem və qurğularının – mikrosxemlərin yaradılması, istehsalı və tətbiq problemlərini həll edir.

ME özündə fiziki, texnoloji və sxemotexniki aspektləri birləşdirir. ME elektron qurğularının etibarlığını kəskin artırmaq problemini həll etməyə, onların ölçülərini, çəkisini, istifadə etdiyi enerjini və qiymətini xeyli azaltmağa imkan verir. Bu, elektron qurğuların diskret komponentlər əsasında deyil, inteqral sxemlər üzərində qurulğfıı hesabına başa gəlir. İnteqral sxemdə (İS) aktiv, passiv və birləşdirici hissələr yarımkeçirici monokristalın həcmi və ya səthində, eləcə də dielektrik altlıq üzərində vahid texnoloji üsulla, qrup halında eyni zamanda yaradılır. İnteqral mikrosxem ( ya sadəcə inteqral sxem) –vahid texnoloji tsikldə eyni bir aparıcı konstruktiv vahid–altlıq üzərində yaradılmış çoxlu sayda qarşılıqlı əlaqədə olan komponentlərin–diod, tranzistor, kondensator, rezistor və s. toplusudur.

İS-də yüksək qablaşdırma sıxlığına–inteqrasiya dərəcəsinə malik elementlərin hamısı bir-birilə lazımi qaydada elektriki birləşdirilmişdir və ayrılmaz əlaqədədir. İS-də xarab olmuş elementi dəyişmək olmaz; bu zaman İS bütövlüklə dəyişdirilir.


10.2. İnteqral sxemlərin təsnifatı
İS müxtəlif əlamətlərinə görə qruplaşdırılır: konstruktiv–texnoloji cəhətlərinə görə, yerinə yetirdiyi funksiyalarına görə, inteqrasiya dərəcəsinə (İS–dəki elementlərin sayına) görə, elementlərin yerləşmə kipliyinə görə və s. Konstruktiv–texnoloji cəhətlərinə görə İS–lər dörd qruppa bölünür.

Yarımkeçirici İS. Yarımkeçirici İS-lərdə (YİS) bütün elementlər və elementlərarası birləşmələr yarımkeçiricinin səthyanı təbəqələrində və səthində yaradılır. Bu məqsədlə Si monokristal lövhələrindən istifadə olunur. Qeyd edək ki, YİS–lər müasir mikroelektronikanın əsasını təşkil edir. YİS hazırlamaq üçün planar texnologiyadan istifadə olunur, yəni bütün elmentlər, onların çıxışları və birləşdirici metal cığırlar kristalın bir səthində və səthyanı təbəqələrində yerləşdirilir. YİS-lərin aktiv və passiv elementləri Si monokristalının səthyanı təbəqəsində yaradılır. Elementləri birləşdirmək üçün alüminiumdan istifadə olunur Hazırda YİS–n aşağıdakı növləri ayrılır: bipolyar tranzistorlu, MOY tranzistorlu, BİMOY YİS–lər. Sonuncu YİS–lər birinci və ikinci tip YİS–n kombinasiyasıdır və hər iki növ YİS–n müsbət keyfiyyətlərini özündə cəmləşdirir. YİS-lərin aktiv elementləri yaxşı elektrik parametrlərinə və xarakteristikalarına malikdir; passiv elementlərin isə bir sıra qüsurları var.

Təbəqəli İS. Belə İS–n elementləri dielektrik altlıq üzərində müxtəlif nazik təbəqələr şəklində yaradılır. Alınma üsulundan asılı olaraq təbəqələrin qalınlıqları müxtəlif olur. Təbəqələrin qalınlığına görə nazik təbəqəli İS (qalınlığı 1–2 mkm) və qalın təbəqəli İS (qalınlığı 10–20 mkm və daha çox) ayrılır. Nazik təbəqəli İS–n yerinə yetirdiyi funksiyalar çox məhduddur, çünki, onların alınma texnologiyası yalnız passiv elementlər yaratmağa imkan verir, tranzistor kimi aktiv elementlər almağa isə imkan vermir. Odur ki, hibrid İS–lər yaradılır.

Hibrid İS (HİS). HİS – ümumi dielektrik altlıq üzərində yerləşdirilmiş passiv təbəqəli elementlər ilə diskret aktiv komponentlərin kombinasiyasıdır. HİS–də təbəqəli passiv elementlərin və aktiv diskret elementlərin üstünlüklərindən istifadə olunur. Nazik təbəqəli kondensator və rezistorların parametrləri dəqiq olur, temperatur əmsalları kiçikdir, parametrlərin nominaldan kənara çıxmaları azdır. HİS–də elementlərin inteqrasiya dərəcəsi azdır. Bu isə onların ölçülərinin böyük olmasına səbəb olur.

Uyğunlaşdırılmış İS. Aktiv elementlər yarımkeçirici kristalın səthyanı təbəqələrində (YİS–də olduğu kimi), passiv elementlər isə kristalın izolə olunmuş səthində təbəqələr şəklində hazırlanır (təbəqəli İS–də olduğu kimi). Uyğunlaşdırılmış İS–n passiv elementlərinin parametrləri yüksək dəqiqliyə və stabilliyə malikdir, onların qiymətləri texnoloji yolla geniş intervalda dəyişdirilə bilər. Bu İS–lər etibarlılığına və ölçülərinin kiçikliyinə görə HİS–dən əlverişlidir.

Funksional təyinatına görə İS–lər iki qruppa bölünür: analoq və rəqəm (rəqəmsal) İS–lər.



Analoq İS kəsilməz funksiya kimi dəyişən siqnalların çevrilməsi və emal edilməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur. Analoq İS–in, və ümumiyyətlə analoq sxemlərin əsasını sadə gücləndirici kaskadlar təşkil edir. Çoxlu sayda kaskadlardan istifadə etməklə müxtəlif gücləndiricilər (əməliyyat gücləndiriciləri), stabilizatorlar, tezlik və faza çeviriciləri və s. sxemlər yaradılır.

Rəqəmsal İS diskret funksiya kimi dəyişən siqnalların çevrilməsi və emal edilməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur. Rəqəm İS–in əsasını iki dayanıqlı vəziyyətdə–açıq və bağlı vəziyyətlərdə ola bilən tranzistor açarları təşkil edir. Tranzistor açarları müxtəlif məntiq elementləri, triggerlər və s İMS–lər yaratmağa imkan verir. Belə mikrosxemlər EHM- da, avtomatika sistemlərində, məlumatı diskret təhlil edən qurğularda, o cümlədən telekommunikasiyada geniş istifadə olunur.

İS-lərdəki elementlərin sayına görə, yəni inteqrasiya dərəcəsinə görə onları fərqləndirirlər. 1000-ə qədər elementi olan İS-lər adi, 10000-ə qədər elementi olanlar böyuk (BİS), 10000-dən çox elementi olanlar isə ifrat böyük İS-lər adlanır. İnteqrasiya dərəcəsindən başqa yerləşmənin kipliyi adlanan göstərici də istifadə olunur. Kiplik dedikdə kristalın vahid səthində yerləşdirilmiş elementlərin sayı başa düşülür. Bu göstərici əsasən texnologiyanın səviyyəsini göstərir və hazırda 1000(element/mm2) təşkil edir.

İS ayrı–ayrı komponentlər və elementlərdən ibarətdir. İS–n komponenti dedikdə müstəqil məmulat kimi baxıla bilən tərkib hissəsi nəzərdə tutulur.

İS–n elementi onun bölünməyən tərkib hissəsidir. Bu hissələrə müstəqil məmulat kimi baxmaq olmaz.

Bipolyar tranzistorlu İS–n əsas elementləri n–p–n tranzistorlardır. Bu tranzistorların parametrlərini optimallaşdırmaq üçün bütün texnoloji proses, yəni p–n–p tranzistorların, diodların, rezistorların və s. texnologiyası onlara uyğunlaşdırılır. Buna görə də, texnoloji əməliyyatların sayı mümkün qədər azaldılır və n–p–n tranzistorun hər hansı bir oblastı həm də rezistor kimi, yaxud kondensatorun köynəklərindən biri kimi də istifadə edilir. Bu zaman deyilir ki, baza təbəqəsi rezistor kimi istifadə olunur və ya baza oblastına diffuziya zamanı rezistor yaradılır.

MDY tranzistorlu İS–in əsas elementləri induksiya olunmuş p–kanalı MDY tranzistorlardır və bütün texnoloji proseslər də onlara uyğunlaşdırılmışdır. Son illərdə isə yüksək keyfiyyətli n–kanalı MDY tranzistorların texnologiyası da inkişaf etmişdir. Odur ki, artıq bu tip tranzistorlu İS–lər daha çox yayılmışdır.

YİS–n xarakterik cəhəti odur ki, onların elementləri arasında induktivlik dolaqları, deməli həm də transformatorlar olmur. Bu da onunla bağlıdır ki, indiyə qədər bərk cisimlərin həcmində elektromaqnit induksiyası ilə bağlı hadisələrdən istifadə etmək mümkün olmamışdır. Odur ki, transformator və ya induktivlik dolağı zəruri olduqda onlar asma komponent kimi istifadə edilir.
10.3. Yarımkeçirici İS
YİS əsas növləri bipolyar və MDY tranzistorlar əsasında İS–dir. İMS–lər qrupp halında hazırlanır. Yəni bir monokristall lövhə üzərində çoxlu sayda İMS yaradılır, sonra isə lövhə iki qarşılıqlı perpendikulyar istiqamətdə ayry–ayrı hissələrə kəsilir ki, onlardan hər biri müstəqil İMS–dir. Bəzi hallarda onlarla monokristallik lövhə eyni zamanda emal olunur ki, bu da istehsalın məhsuldarlığını artırmağa imkan verir.

İMS istehsalında planar texnologiya üsullarından istifadə olunur. Planar texnologiya proseslərində İMS–n bütün elementləri kristalın səthi vasitəsilə formalaşdırılır. Belə texnologiya ilə İMS–n hazırlanma prosesi altlığın hazırlanması, epitaksial təbəqənin göyərdilməsi, termik oksidləşmə, fotolitoqrafiya, aşqarlama, aşılandırma, metallaşdırma kimi bir neçə mərhələdən ibarətdir.

Müasir epitaksiya üsulları 1mkm–dən nazik təbəqələr və ya çoxlaylı epitaksial strukturlar almağa imkan vermir. Adətən (1–10)mkm qalınlıqlı epitaksial təbəqələr istifadə olunur.

İS–in texnologiyasında xarakterik proseslərdən biri silisiumun oksidləşdirilməsidir. Alınan SiO2 təbəqəsi passivləşdirici və maskalayıcı xassələrə malikdir. Passivləşdirici xassə ondan ibarətdir ki, Si-un səthində oksid təbəqəsi yarandıqdan sonra kristalın oksidləşmə sür’əti kəskin azalır.

Maskalayıcı xassə ondan ibarətdir ki, oksid təbəqəsinə diffuziya sür’əti Si-un həcminə diffuziya sür’ətindən 102103 dəfə azdır. Oksid təbəqəsinin bu xassəsindən planar texnologiya proseslərində istifadə edilir. Belə ki, p-n keçidlər almaq üçün oksid təbəqəsində pəncərələr açılır və bu pəncərələrdən aşqarlar diffuziya etdirilir, oksid təbəqəsinin qalan hissəsi isə maska rolu oynayır. SiO2 təbəqəsi Si-un səthini həm də müxtəlif aqressiv qazlardan, rütubətdən, buxardan qoruyur. Oksidləşmə (1000–1200)0C temperaturlarda ya oksigen mühitində (quru oksidləşmə), ya da oksigen ilə su buxarının qarışığında (nəm oksidləşmə) aparılır. Quru oksidləşmə nəm oksidləşməyə nisbətən çox ləng baş verir. Məsələn, 0,5mkm qalınlıqlı SiO2 təbəqəsi quru oksidləşmə ilə 5saata, nəm oksidləşmə ilə cəmi 20 dəqiqəyə alınır. Quru oksidləşmə ilə daha keyfiyyətli oksid təbəqələri alınır. Odur ki, nazik SiO2 təbəqələri quru oksidləşmə üsulu ilə alınır. Qalın təbəqə alarkən quru və nəm oksidləşmələr növbə ilə aparılır. Bu zaman quru oksidləşmə keyfiyyəti, nəm oksidləşmə isə prosesin yüksək sürətini təmin edir.

İlkin lövhənin və ya epitaksial təbəqənin üzərində diod və tranzistor strukturları yaratmaq üçün əsas üsul aşqarların diffuziyasıdır. Diffuziyanı bir və ya bir neçə dəfə aparmaq olar. Məsələn, n–tip lövhəyə akseptor aşqarları daxil etməklə p–təbəqə yaradılır, sonra 2–ci diffuziya zamanı həmin p–təbəqəyə nisbətən az dərinlikdə donor aşqarları daxil edilir və n–oblast yaranır. Nəticədə üç laylı struktur alınır.

Bundan başqa son illərdə başqa bir aşqarlama üsulu – ion implantasiyası da geniş tətbiq edilməyə başlamışdır.

İlkin lövhənin və ya epitaksial təbəqəni aşqarlamaq üçün fotolitoqrafiya üsulundan istifadə edilir. Yarımkeçirici lövhənin səthi oksidləşdirildikdən sonra onun üzərinə fotorezist adlanan nazik (1 mkm–ə qədər qalınlıqlı) fotoemulsiya təbəqəsi çəkilir. Onun üzərində isə fotoşablon yerləşdirilir. Fotoşablon üzərində işıq düşmək üçün pəncərələr olur. Hər bir pəncərə hazırlanan İS–n bir elementinə uyğyndur. Fotoşablonun səthi kvars lampası ilə işıqlandırılır, sonra fotoşablon götürülür. Emal edildikdən sonra fotorezistin üzərində fotoşablonun şəkli alınır, yəni eyni pəncərələr yaranır. Həmin pəncərələrdən oksid təbəqəsi silisiuma çatana qədər aşındırılır və oksid təbəqəsi üzərində də fotorezistin şəkli alınır. Bundan sonra fotorezist təbəqəsi də götürülür və SiO2 maskası ilə örtülmüş Si lövhə qalır. Həmin maskanın üzərindəki pəncərələrdən aşqarlar diffuziya etdirilir. İnteqral sxemlər hazırlanarkən fotolitoqrafiya prosesi bir neçə dəfə aparılır.



Yarımkeçirici altlıq üzərində lazım olan elementlər yaradıldıqdan sonra onları eletrik sxeminə uyğyn olaraq omik kontaktlarla təmin etmək və birləşdirmək lazımdır. Bunun üçün metallaşdırma prosesi aparılır. Əsas metal material olaraq Al istifadə edilir. Bu onun kiçik xüsusi müqaviməti, korroziyaya qarşı davamlılığı, ucuz olması və s. xassələri ilə bağlıdır. Metallaşdırmaq üçün lövhənin üzərinə (0,1–1) mkm qalanlıqlı Al təbəqəsi çökdürülür. Al oksid təbəqəsi üzərindəki pəncərələrdən Si ilə kontakt yaradır. Sonra Al–üzərinə fotorezist çəkilir və fotoşablonla örtülür və fotolitoqrafiya üsulu ilə onu lazımsız hissələri götürülür. Qalan birləşdirici Al zolaqlarının eni qalınlığının 1/10 hissəsindən az olur. Parazit tutumları azaltmaq üçün zolaqlar arası məsafələr 1,5 mkm–dən çox götürülür.


Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə