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集成电路工艺
阅读:565时间:2018-04-02 09:56:06

集成电路工艺是把电路所需要的晶体管、二极管、电阻器和电容器等元件用一定工艺方式制作在一小块硅片、玻璃或陶瓷衬底上,再用适当的工艺进行互连,然后封装在一个管壳内,使整个电路的体积大大缩小,引出线和焊接点的数目也大为减少。集成的设想出现在50年代末和60年代初,是采用硅平面技术和薄膜与厚膜技术来实现的。电子集成技术按工艺方法分为以硅平面工艺为基础的单片集成电路、以薄膜技术为基础的薄膜集成电路和以丝网印刷技术为基础的厚膜集成电路。

单片工艺

  利用研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术,在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件,并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形,使元件按需要互连成完整电路,制成半导体单片集成电路。随着单片集成电路从小、中规模发展到大规模、超大规模集成电路,平面工艺技术也随之得到发展。例如,扩散掺杂改用离子注入掺杂工艺;紫外光常规光刻发展到一整套微细加工技术,如采用电子束曝光制版、等离子刻蚀、反应离子铣等;外延生长又采用超高真空分子束外延技术;采用化学汽相淀积工艺制造多晶硅、二氧化硅和表面钝化薄膜;互连细线除采用铝或金以外,还采用了化学汽相淀积重掺杂多晶硅薄膜和贵金属硅化物薄膜,以及多层互连结构等工艺。

薄膜工艺

  整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及其间的互连线,全部用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜,并通过真空蒸发工艺、溅射工艺和电镀等工艺重叠构成。用这种工艺制成的集成电路称薄膜集成电路。
  薄膜集成电路中的晶体管采用薄膜工艺制作, 它的材料结构有两种形式:①薄膜场效应硫化镉和硒化镉晶体管,还可采用碲、铟、砷、氧化镍等材料制作晶体管;②薄膜热电子放大器。薄膜晶体管的可靠性差,无法与硅平面工艺制作的晶体管相比,因而完全由薄膜构成的电路尚无普遍的实用价值。
  实际应用的薄膜集成电路均采用混合工艺,也就是用薄膜技术在玻璃、微晶玻璃、镀釉或抛光氧化铝陶瓷基片上制备无源元件和电路元件间的互连线,再将集成电路、晶体管、二极管等有源器件的芯片和不便用薄膜工艺制作的功率电阻、大电容值的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊接等方式组装成一块完整电路。

厚膜工艺

  用丝网印刷工艺将电阻、介质和导体涂料淀积在氧化铝、氧化铍陶瓷或碳化硅衬底上。淀积过程是使用一细目丝网,制作各种膜的图案。这种图案用照相方法制成,凡是不淀积涂料的地方,均用乳胶阻住网孔。氧化铝基片经过清洗后印刷导电涂料,制成内连接线、电阻终端焊接区、芯片粘附区、电容器的底电极和导体膜。制件经干燥后,在750~950℃间的温度焙烧成形,挥发掉胶合剂,烧结导体材料,随后用印刷和烧成工艺制出电阻、电容、跨接、绝缘体和色封层。有源器件用低共熔焊、再流焊、低熔点凸点倒装焊或梁式引线等工艺制作,然后装在烧好的基片上,焊上引线便制成厚膜电路。厚膜电路的膜层厚度一般为 7~40微米。用厚膜工艺制备多层布线的工艺比较方便,多层工艺相容性好,可以大大提高二次集成的组装密度。此外,等离子喷涂、火焰喷涂、印贴工艺等都是新的厚膜工艺技术。与薄膜集成电路相仿,厚膜集成电路由于厚膜晶体管尚不能实用,实际上也是采用混合工艺。

工艺特点

  单片集成电路和薄膜与厚膜集成电路这三种工艺方式各有特点,可以互相补充。通用电路和标准电路的数量大,可采用单片集成电路。需要量少的或是非标准电路,一般选用混合工艺方式,也就是采用标准化的单片集成电路,加上有源和无源元件的混合集成电路。厚膜、薄膜集成电路在某些应用中是互相交叉的。厚膜工艺所用工艺设备比较简易,电路设计灵活,生产周期短,散热良好,所以在高压、大功率和无源元件公差要求不太苛刻的电路中使用较为广泛。另外,由于厚膜电路在工艺制造上容易实现多层布线,在超出单片集成电路能力所及的较复杂的应用方面,可将大规模集成电路芯片组装成超大规模集成电路,也可将单功能或多功能单片集成电路芯片组装成多功能的部件甚至小的整机。

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