Číslo projektu Číslo materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-20-VYROBA INTEGROVANEHO OBVODU Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Jiří Zinek Elektrotechnologie 1. ročník Datum tvorby 31. srpna 2012 Anotace Výroba jednoduchého integrovaného obvodu. Popis výroby pomocí planárně epitaxní technologie výroby. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
Planárně epitaxní technologie výroby integrovaného obvodu Náhradní schéma integrovaného obvodu obr.1 Obvod obsahuje odpor, dvě diody a tranzistor
Obvod znázorněný v řezu destičkou polovodiče obr.2
Při pohledu shora by se jednotlivé vyznačené části jevily jako obdélníky s téměř stejnými délkami stran. Struktura tohoto IO se skládá ze čtyř vrstev. Základní destička typu P tloušťky 0,15 mm, na základu je vytvořena tzv. epitaxní vrstva cca 25μm silná, ve které jsou vytvořeny struktury potřebných prvků obvodu. Celek je potom pokryt izolační a ochranou vrstvou oxidu křemičitého SiO 2. Ve vrstvě SiO 2 jsou vytvořeny otvory pro kontakty
Propojení všech součástek obstarává metalizace, tj. spoje jednak vytvářejí kontakt na polovodičové struktury a jednak propojují jednotlivé součástky. Metalizaci je vytvořena pomocí tenké vrstvy hliníku. Celek se nazývá čip. Hotový čip se po kontrole správnosti přitmelí na kovovou, skleněnou a nebo keramickou podložku. Tato podložka má již fyzické vývody (nožičky pro letování nebo osazení do patic).
Vývody na čipu se musí propojit s vývody na podložce. Děje se to obvykle pomocí zlatého drátku. Připevnění drátku na čip se provádí ultrazvukem nebo pomocí termokomprese, kdy se drátek ohřátou safírovou jehlou přitlačí na určenou plošku čipu. Zvýšenou teplotou proběhne difuse atomů zlata do hliníku a vytvoří se pevný spoj. Čip se následně zapouzdří. Všechnu tuto činnost provádějí automaty.
Výrobu křemíkové destičky již známe z minula, zde je to vrstva typu P. Na této základní vrstvě se vytvoří tenká monokrystalická vrstva polovodiče (zde vrstva N), říká se jí epitaxní vrstva. Tato vrstva se získá ohřátím původní vrstva na cca 1200 C. Ohřátí probíhá v atmosféře obsahující atomy křemíku a zároveň atomy příměsi typu N. Tím vlastně vytvoříme přechod PN.
Pro vytvoření jednotlivých součástek musíme jednotlivé součástkové ostrůvky oddělit tzv. izolačními příkopy. Izolační příkopy se vytváří fotolitografickou technikou. Izolované ostrůvky materiálu o vodivosti N vytvoří v případě tranzistoru kolektor, pro diodu a odpor je zatím určena jen oblast, kde budou později vytvořeny. Dalším postupným využitím fotolitografické metody se vymezí oblasti ve kterých se do materiálu typu N nadifunduje epitaxní vrstva příměsi typu P.
Uvedený proces probíhá opakovaně dokud nejsou vytvořeny všechny potřebné polovodičové struktury. Nakonec se ve struktuře vytvoří fotolitografickou metodou okénka v místech, která mají být propojena. Celý povrch se metodou napařování pokryje tenkou vrstvou hliníku. Vrstva hliníku pokryje celou vrstvu destičky, ne jen tam kde potřebujeme spoje.
Pro vytvoření celé struktury spojů musíme znovu využít fotolitografický proces a vytvořit celou strukturu spojů. V místech, kde nejsou spoje se přebytečný hliník následně odleptá. Výsledkem je potřebná struktura spojů opatřená kontaktními ploškami v místech kam se budou termokompresí připojovat zlaté drátky.
Fotolitografický proces se v procesu výroby používá několikrát s následujícím postupem. Po vytvoření epitaxní vrstvy tenkou vrstvičkou SiO 2 se nanese na povrch vrstvička fotorezistoru podobná fotografické emulzi, která je odolná proti leptání chemikáliemi. Kruhová destička křemíku pokrytá emulzí se exponuje ultrafialovým zářením přes masku.
Fotolitografický proces Vytvořená struktura zapojení se potom v exponovaných místech odleptá a zůstane potřebné propojení.
Použitá literatura: HABERLE, H., B. GRIMM, G. HABERLE, W. PHILIPP, W. SHLEER, B. SCHLIEMANN, D. SCHNELL a D. SCHMID. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Vydání první. Praha: Europa- Sobotáles, 2003. Technické vědy: TS 05, DT 621.3. ISBN 80-86706-04-4. včetně obr.1-2