Технологические процессы при производстве интегральных микросхем

Технологии изготовления

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии (проекционной, контактной и др.), при этом схему формируют на подложке (обычно из кремния), полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины. Ввиду малости линейных размеров элементов микросхем, от использования видимого света, и даже ближнего ультрафиолета, при засветке давно отказались.

В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами фотолитографии, методами вытравливания и напыления.

В 1970-х годах минимальный контролируемый размер составлял 2-8 мкм, в 1980-х был уменьшен до 0,5-2 мкм. Некоторые экспериментальные образцы фотолитографического оборудования рентгеновского диапазона обеспечивали минимальный размер 0,18 мкм.

В 1990-х годах, из-за нового витка «войны платформ», экспериментальные методы стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться. В начале 1990-х процессоры (например, ранние Pentium и Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм (500—600 нм). Потом их уровень поднялся до 250—350 нм. Следующие процессоры (Pentium 2, K6-2+, Athlon) уже делали по технологии 180 нм.

В конце 1990-х фирма Texas Instruments создала новую ультрафиолетовую технологию с минимальным контролируемым размером около 80 нм. Но достичь её в массовом производстве не удавалось вплоть до недавнего времени. По состоянию на 2009 год технологии удалось обеспечить уровень производства вплоть до 90 нм.

Новые процессоры (сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 45 нм. Есть и другие микросхемы, давно достигшие и превысившие данный уровень (в частности, видеопроцессоры и флеш-память фирмы Samsung — 40 нм). Тем не менее дальнейшее развитие технологии вызывает всё больше трудностей. Обещания фирмы Intel по переходу на уровень 30 нм уже к 2006 году так и не сбылись.

По состоянию на 2009 год альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над тех. процессом 32 нм.

В 2010-м в розничной продаже уже появились процессоры, разработанные по 32-х нм тех. процессу. Ожидается, что, следующим, наверное, будет тех. процесс 22 нм.

32. Микроэлектронные датчики и преобразователи…

Датчиком, или первичным преобразователем, называют устройство, осуществляющее восприятие контролируемой величины и преобразование её в величину, удобную для передачи по линиям связи и дальнейшего преобразования. Для понимания принципов действия ниже приведем основные понятия, а также специфические параметры и определения, характерные для датчиков. Основные характеристики датчиков Входная величина – величина, воспринимаемая и преобразуемая датчиком. Выходной сигнал датчика представляет собой определенное изменение несущей величины (тока, напряжения и т.п.), используемое для передачи информации. Изменение (модуляция) несущей величины может осуществляться по амплитуде, по переменному признаку (изменение частоты, длительности воздействия, порядка чередования воздействий), а также по пространственному признаку (чередование сигналов в каналах связи).

Основной характеристикой преобразователя α =f(x) называется функциональная зависимость выходной величины, выведенная аналитическим или графическим путем.

В зависимости от того явления, которое используется для преобразования неэлектрической величины в электрическую, преобразователи делятся на три группы:

электромеханические (контактные, реостатные, тензометрические, электростатические, электромагнитные);

тепловые и электрохимические (термоэлектрические, термосопротивления, электрохимические);

эектронные и ионизационные (электронные, ионные, ионизационные).

По виду получаемой на выходе преобразователя выходной величины все типы преобразователей можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Если входная неэлектрическая величина преобразуется в один из параметров электрической цепи (R – сопротивление, L – индуктивность, М – взаимная индуктивность, С – емкость), для измерения которой необходимо применение источника питания, то преобразователь называется параметрическим, если неэлектрическая величина преобразуется в электродвижущую силу (ЭДС), то преобразователь называется генераторным.

К преобразователям как основным элементам приборов для измерения неэлектрических величин предъявляется ряд специфических требований: постоянство во времени функции преобразования (обычно линейной); высокая чувствительность; малая погрешность; высокие динамические свойства (возможность измерения переходных процессов).

Реостатным преобразователем называют реостат, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины. Входной величиной реостатного преобразователя является угловое или линейное перемещение движка, к которому должна быть сведена измеряемая величина. Выходной величиной является активное сопротивление.

Реостатные преобразователи применяются для измерения угловых и линейных перемещений величин, которые могут быть преобразованы в эти перемещения. В качестве примера использования реостатного преобразователя – электрического бензинометра.

Тензочувствительные преобразователи (тензосопротивления). В основу работы тензосопротивлений положен тензоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводника (полупроводника) под действием вызываемого в нем механического напряжения и деформации. Существуют проволочные, фольговые и пленочные тензосопротивления.

Тензосопротивления используются в приборах для измерения деформаций неэлектрических величин: усилия, давления, моментов и так далее.

Индукционными называются преобразователи, в которых скорость изменения измеряемой механической величины преобразуется в индуктированную ЭДС. Индуктированная ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока Ф, сцепленного с катушкой из W витков:

Следовательно, индукционные преобразователи возможно применять для измерения линейных и угловых перемещений. Наиболее широкое распространение получили преобразователи первой группы в приборах для измерения: скорости вращения (тахометры), ускорения, расходов жидкостей и параметров вибрации.