Таблица 2.5 - Глубина нарушенного слоя пластин кремния после механических обработок
| Технологические операции | Условия обработки | Глубина нарушенного слоя, мкм |
| Резка алмазным кругом с внутренней режущей кромкой Шлифование Шлифование и полирование Химико – механическое полирование | Зернистость режущей кромки АСМ 60/53; n=4000 об/мин-1; подача 1 мм/мин Свободный абразив – суспензии порошка: ЭБМ-10 ЭБМ-5 Связанный абразив – круг АСМ 28 Алмазная паста: АСМ-3 АСМ-1 АСМ-0,5 Суспезия аэросила, SiO2 зерно 0,04…0,3 мкм Суспензия ZrO2 0,1…0,2мкм Суспензия α-Аl2O3 0.05…1мкм Суспензия цеолита | 20…30 11…15 7…9 14…16 6…9 5…6 1…2 1…1,5 - - 1…2 |
После выбора материала подложки приступают к выбору материала примесей. Здесь важнейшим критерием является необходимый тип проводимости полупроводникового материала, после легирования. Ниже представлена таблица 2.6, в которой описаны все материалы, используемые в качестве примесей. Важными параметрами примесей является предельная растворимость полупроводника и температура, при которой производят процесс легирования (см. таблицу 2.10).
Таблица 2.6 - Электрическое поведение наиболее распространенных примесей в важнейших полупроводниках[9, стр. 318]
| Полупроводник | Нейтральные примеси | Доноры | Акцепторы | Примеси, создающие глубокие уровни |
| Кремний Германий Арсенид галлия Фосфид галлия | H, N, C, Ge, Sn, Pb, Ar H, N, C, Ge, Sn, Pb, Ar H, N, B, Al, In, P, Sb H, N, B, Al, In, As, Sb | P, As, Sb, Li P, As, Sb, Li Si, Sn, Te, S, Se Si, Sn, Te, S, Se | B, Al, Ga, In B, Al, Ga, In Zn, Cd, Be, Li Be, Mg, Zn, Cd, C | Cu, Au, Zn, Mn, Fe, S, Ni Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Mn, Ni, Fe, S, Se, Te Cr, Fe, V, Ni, Mg, Au, Ge, Mn, Ag Cu, O, Ge, Co, Fe, Cr,Mn |
Для разработки интегральной микросхемы дифференциального каскада воспользуемся следующими элементами и их соединениями: в качестве полупроводниковой пластины будем использовать кремний; в качестве акцепторной примеси будем использовать бор и алюминий; фосфор – как донорную примесь. В качестве межэлементных соединений будем использовать алюминий. В качестве изолирующего диэлектрика будет применяться двуокись кремния SiO2.
Необходимо отметить, что при проектировании интегральной микросхемы производят совокупность определенных процессов, таких как фотолитография, легирование, очистка и др. При проведении этих процессов пользуются вполне определенным набором веществ. При проведении процесса фотолитографии используются фоторезисты, основные виды которых представлены в таблице 2.9. Травление осуществляется химическими веществами, которые описаны в таблице 2.8. При выборе материала для проведения шлифования, особое внимание акцентируют на размер зерен, от которого зависит качество шлифования и возможные повреждения поверхности полупроводникового материала в результате ее проведения. Основные типы порошков приведены в таблице 2.7
Таблица 2.7 - Характеристика абразивных и алмазных порошков
[9, стр.321]
| Группа | Номер зернистости | Размер зерен основной фракции, мкм | |
| По ГОСТ 3647-71 | По ГОСТ 9206-70 | ||
| Абразивные шлифпорошки Абразивные микропорошки Абразивные тонкие микропорошки Алмазные микропорошки | 12 10 8 6 5 4 3 М63 М50 М40 М28 М20 М14 М10 М7 М5 - - - - - | - - - - - - - - - - - - - - - - 60/40 40/28 28/20 20/14 14/10 | 160…125 125…100 100…80 80…63 63…50 50…40 40…28 63…50 50…40 40…28 28…20 20…14 14…10 10…7 7…5 5…3 60…40 40…28 28…20 20…14 14…10 |
| 1 - - - - - | 10/7 7/5 5/3 3/2 2/1 1/0 | 10…7 7…5 5…3 3…2 2…1 1 и менее | |
Таблица 2.8 - Основные кислотные травители для кремния
[9, стр. 78]
| Тип травителя | Обьемный состав | Применение | Время травления |
| СР-8 СР-4А Травитель Уайта Травитель Деша | HNO3:HF=2:1 HNO3:HF: :CH2COOH=5:3:5 HNO3:HF=3:1 HNO3:HF: :CH2COOH=3:1:8 | Химическое полирование Химическое полирование и выявление границ p-n-переходов Химическое полирование плоскостей(111) Медленное химическое полирование любых плоскостей | 1…2 мин 2…3 мин 15 с 1…16 ч |
Таблица 2.9 - Характеристики некоторых фоторезистов[9, стр. 104]
| Марка фоторезиста | Разрешающая способность при толщине слоя 1 мкм | Кислотостойкость по плотности дефектов, мм-2, не более | Стойкость к проявителю, с | Кинематическая вязкость в состоянии поставки при 20°С |
| ФП-307 ФП-309 ФП-330 ФП-333 ФП-334 ФП-383 ФП-РН-7 ФП-617 ФП-617П ФП-626 ФН-106 ФН-108 | 500 400 400 500 400 400 400 500 500 500 200 400 | 0,35 0,5 0,75 0,2 0,2 0,2 0,2 0,05 0,005 0,005 0,4 0,25 | 90 - 60 180 600 180 40 30 40 30 - - | 6 6 5,9 6 4,5 6…2,5 2…2,5 21…26 8…15 20,5…25,5 7 3,5 |
Таблица 2.10 - Предельная растворимость примесей в кремнии[9, стр. 189]
| Примесь | Предельная растворимость, см-2 | Температура, °С |
| Алюминий Бор Фосфор Галлий Индий Сурьма Мышьяк Золото | 1019…1020 5*1020 1,3*1021 4*1019 1019 6*1019 2*1021 1017 | 1150 1200 1150 1250 1300 1300 1150 1300 |
Одним из важных моментов в разработке микросхемы является ее корпус. При выборе корпуса руководствуются конструктивно - технологическими характеристиками. Огромное влияние оказывает диапазон рабочих температур, механическая прочность, климатические условия, в котором, как предполагается, будет работать микросхема и т.д. Классификация корпусов ИС помещена в таблице 2.11. Конструктивно – технологические характеристики некоторых корпусов ИС помещены в таблице 2.12 .
При выборе корпуса внимание было акцентировано на универсальность и простоту монтажа схемы.
Кроме того, пластмассовые прямоугольные корпуса обладают рядом преимуществ перед остальными типами корпусов, регламентируемых ГОСТом 17-467-79. А именно: небольшая высота корпуса, позволяющая уменьшить объем радиоэлектронного узла: возможность создания корпуса с большим числом выводов; позволяют применять различные методы их присоединения к печатной плате.
Таблица 2.11 - Классификация корпусов ИС по ГОСТ 17-467-79
[7, стр 301]
| Тип | Подтип | Форма корпуса | Расположение выводов | |
| 1 | 11 | Прямоугольная | Выводы расположены в пределах проекции тела корпуса | перпендикулярно, в один ряд |
| 12 | Перпендикулярно в два ряда | |||
| 13 | Перпендикулярно в три и более ряда | |||
| 14 | Перпендикулярно по контуру прямоугольника | |||
| 2 | 21 | Прямоугольная | За пределами проекции тела корпуса | Перпендикулярно в два ряда |
| 22 | Перпендикулярно в четыре ряда в шахматном порядке | |||
| 3 | 31 | Круглая | В пределах проекции тела корпуса | Перпендикулярно по одной окружности |
| 32 | Овальная | В пределах проекции тела корпуса | ||
| 33 | Круглая | За пределами проекции тела корпуса | ||
| 4 | 41 | Прямоугольная | За пределами проекции тела корпуса | Параллельно по двум противоположным сторонам |
| 42 | Параллельно по четырем сторонам | |||
| 5 | 51 | Прямоугольная | В пределах проекции тела корпуса | Металлизированные контактные площадки по периметру корпуса |
Таблица 2.12 - Конструктивно – технологические характеристики некоторых корпусов ИС[7, стр. 301]
| Условное обозначение корпуса | Вариант исполнения | Масса, г | Размеры корпуса, мм | Размеры монтажной площадки, мм |
| 1202.14(151.14-1) 1203.15(151.15-1) 1203.15(151.15-3) 1210.29(157.29-1) 2103.8(201.8-1) 2102.14(201.14-2) 2102.14(201.14-8) 2103.16(201.16-8) 2204.48(244.48-1) 3101.8(301.8-2) 3107.12(301.12-1) 3204.10(311.10-1) 4104.14(401.14-2) 4110.16(402.16-1) 4122.40-2 4138.42-2 | МС МС МС МС МК П К К К МС МС МС МС МК МК МК | 1,6 2,0 1,6 14 1,8 1,2 1,55 1,6 4,15 1,3 3, 20 1,0 1,0 3,0 4,8 | 19,5*14,5*4,9 19,5*14,5*5 19,5*14,5*4 39*29*5 19*7,8*3,2 19*7,2*3,2 19,5*7,2*5,5 19*7,2*3,2 31*16,5*4 9,5; H=4.6 9,5; H=4.6 39*25*7 10*6.6*2 12*9.5*2.5 25.75*12.75*3 36*24*3.5 | 16*8 17*8.3 5.6*6.2 34*20 5*3 5*3 5*3 5*3 8*8 3*3 3*3 5*5 4.9*2 5.5*3.5 6.2*5.2 10.7*8.3 |
Примечание: К – керамический, МК – металлокерамический, МС - металлостеклянный, П – пластмассовый.
Низкая стоимость пластмассового корпуса определяется: дешевизной применяемого материала и технологии изготовления корпуса, в которой операции формирования монолитного корпуса и герметизации ИМС совмещены; возможностью автоматизации сборки с использованием плоских выводов в виде рамок; возможностью осуществления групповой технологии герметизации, например литьевого прессования с помощью многоместных прессформ или метода заливки эпоксидным компаундом в многоместные литьевые формы. При использовании пластмассового корпуса монтаж кристалла производится на технологическую контактную рамку, представляющую собой пластину с выштампованными внешними выводами, которые в процессе монтажа остаются прикрепленные к контуру рамки. Более длинный вывод заканчивается площадкой, находящейся в центре системы выводов, на нее припаивается кристалл. После монтажа термокомпрессионной сваркой проволочных перемычек между контактными площадками кристалла и выводами корпуса осуществляется предварительная защита собранного узла ( особенно проволочных перемычек) каплей компаунда холодного отвердевания. Когда отвердевание компаунда завершено, узел направляют на заливку под давлением во временной форме компаундом горячего отвердевания. После герметизации технологическая рамка отделяется в штампе, а выводы формуются соответственно типоразмеру изготавливаемого пластмассового корпуса.