ممكن است تصور شود كه ساخت مدارهاي مجتمع ، شامل تعداد زيادي قطعه بهم متصل شده روي يك بستر Si از جنبه فني و اقتصادي مخاطره آميز باشد، در حالي كه روشهاي نوين امكان انجام اينكار را بصورت مطمئن و نسبتا كم هزينه فراهم ساخته است. در بيشتر مواقع يك مدار كامل روي تراشه Si را مي‌توان بسيار ارزانتر و مطمئنتر از يك مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا توليد كرد. دليل اصلي اين امر امكان ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روي پولك Si است كه اين فرآيند توليد گروهي Batch Fabrication ناميده مي‌شود. اين مدارها كه بطور كامل روي يك تراشه نيم رسانا قرار مي‌گيرند مدارهاي يكپارچه ناميده مي‌شوند.
واژه يكپارچه از لحاظ ادبي كه به معناي تك سنگي بوده و به مفهوم آن است كه كل مدار در يك قطعه واحد از نيم رسانا جا داده شده است. مهمترين عنصر تكنولوژي IC تراشه يكپارچه است كه مي‌تواند داراي هزاران يا ميليونها ترانزيستور منفرد باشد، اين مدارها روي پولك Si به قطر ۶ يا ۸ اينچ ساخته مي‌شوند. پس اين مدارها با استفاده از زدايش انتخابي ، برش يا خراش توسط تيغه الماسي يا ليزر و شكستن آن به مربعها يا مستطيلهاي كوچك از مدارهاي منفرد تفكيك مي‌شود و پس از آن هر مدار روي يك بستر مناسب نصب شده و اتصال زني و بسته بندي انجام مي‌گيرد.
فرآيند ساخت
نقاب گذاري و آلايش انتخابي
هدف از فرآيند ساخت ، آلايش انتخابي نواحي معين از نيم رسانا و اتصال مناسب عناصر بدست آمده بوسيله يك الگوي فلز كاري است. با منظور كردن مراحل اكسايش ، تعداد عمليات بكار رفته در ساخت يك مدار مي‌تواند كاملا زياد باشد به عنوان مثال ترانزيستور نفوذ داده شده را در نظر مي‌گيريم، مراحل اساسي عبارتند از:
رشد لايه اكسيد اول
بازكردن يك پنجره در SiO2 براي نفوذ بيس
انجام نفوذ بر
رشد يك لايه اكسيد دوم
باز كردن يك پنجره براي نفوذ اميتر
انجام نفوذ فسفر
رشد يك لايه اكسيد سوم
باز كردن پنجره‌هايي براي اتصالات بيس و اميتر
تبخير Al روي سطح
برداشتن Al بجز در الگوهاي فلز كاري مورد نظر
در اين مثال ساده دو مرحله اكسايش ، دو نفوذ و يك فلز كاري بكار رفته است. تعداد نقابهاي لازم ۴ عدد است، دو تا براي نفوذ ، يكي براي پنجره‌هاي اتصالات و يكي براي تعريف فلز كاري. براي مدارهاي مجتمع مراحل خيلي بيشتر و در نتيجه نقابهاي خيلي زيادي لازم است. نكته مهم كاهش ابعاد هر مدار و استفاده از پولكهاي بزرگ به منظور افزايش تعداد قطعات قابل استفاده از توليد گروهي است. مفهوم اين امر اين است كه نقابهاي مختلف بايد بسيار دقيق بوده و در طي هر مرحله ليتوگرافي نوري بخوبي همراستا شوند.
در حالت كلي يك نسخه دقيق از الگوي مورد نظر براي يكي از مراحل نقاب گذاري ، براي عضوي از آرايه مدارها تهيه مي‌شود. اين نسخه اوليه عكسبرداري شده و ابعاد آن كاهش مي‌يابد. سپس يك دوربين با تكرار مرحله‌اي براي عكسبرداري از الگوي كوچك شده و انجام كوچك سازي نهايي مورد استفاده قرار گرفته و اين روند را براي هر مستطيل در آرايه نهايي كه مي‌تواند داراي صدها الگوي مشابه باشد تكرار مي‌كند. آرايه الگوي نهايي روي يك نقاب شيشه‌اي چاپ شده و اين نقاب در مرحله ليتوگرافي روي پولك Si قرار داده مي‌شود
ليتوگرافي خط – ريز Fine – Line Lithography
تلاش در جهت جا دادن چگالي عملياتي مدام در حال افزايش روي يك تراشه Si اشتياق شديدي براي هر چه كوچكتر ساختن اجزاء مدار بوجود آورده است. شرايط بدعت و مصرف توان نيز طراحان را به استفاده از ابعاد كوچكتر متمايل مي‌كند. ليتوگرافي نوري عامل محدود كننده فرآيند كاهش ابعاد است، اگر از نور فرابنفش براي تاباندن به لايه حساس به نور از طريق يك نقاب استفاده شود. حداقل پهناي خطوط در نهايت به دليل آثار تفرقي يا پراش به چند طول موج محدود مي‌شود.
براي مثال براي يك ماوراء بنفش به طول موج ۰٫۳۵ ميكرو متر نبايد انتظار داشت كه پهناي خطوط كمتر از حدود ۱ ميكرو متر باشد. بديهي است كه براي ابعاد هندسي زير ميكروني لازم است كه طول موجهاي كوتاهتر به لايه حساس نور تابانده شود. بنابه قضيه دوبروي كه طول موج يك ذره بطور معكوس با ممان تغيير مي‌كند پس براي دستيابي به طول موجهاي كوتاهتر بايد ذرات سنگينتر يا فوتونهاي پر انرژي در نظر گرفته شود. لكترونها ، يونها يا پروتوهاي ايكس بهترين مورد در اين خصوص هستند.
عايق سازي Isolon ati
يك مرحله مهم در فرآيند ساخت مدار مجتمع ايجاد عايق الكتريكي بين عناصر مدار است، اگر ترانزيستور دو قطبي روي يك تراشه ساخته مي‌شود تمام نواحي كلكتور مشترك مي‌بودند پس لازم است كه بيشتر عناصر عايق سازي شده و سپس توسط الگوهاي فلز كاري به يكديگر متصل شوند. مثلا براي ترانزيستور n – p – n يك روش عايق سازي ، نفوذ الگويي از خندقهاي نوع p در يك لايه رونشستي نوع n واقع در بستر از نوع p است. بستر نوع p پشتيباني مكانيكي ساختار را بر عهده دارد و به همراه الگوي نفوذي نوع p نواحي عايق شده براي ماده نوع n را تعريف مي‌كند.
چون هر قطعه را مي‌توان در جزيره‌اي از نوع n قرار داد، با نگه داشتن ماده بستر نوع p در منفي‌ترين پتانسيل موجود در مدار ، عايق سازي خوبي بدست خواهد آمد. يك عيب اين روش ظرفيت ذاتي موجود در پيوند نهايي عايق ساز p – n است. ظرفيت ايجاد شده بين ديواره‌هاي جانبي ناحيه n و پيوندهاي نفوذ داده شده را مي‌توان با استفاده از تركيبهاي مختلف عايق اكسيدي حذف كرد.
يك طرح عايق سازي كه بويژه براي مدارهاي با چگالي بالا مفيد است در برگيرنده تشكيل چاله‌هاي نسبتا عميق و پر كردن آن با پلي سيليسيوم است. در اين فرآيند يك لايه نيتريد الگوسازي شده و به عنوان نقاب براي زدايش ناهمسانگرد سيليسيوم به منظور تشكيل چاله بكار مي‌رود. اكسايش داخل چاله تشكيل يك لايه عايق داده و بعد از آن با استفاده از روش نشست بخار شيميايي چاله از پلي سيليسيوم پر مي‌شود
ساخت مقاومتها و خازنها بيرون از تراشه Si [i][u]
فرآيند لايه ضخيم
مقاومتها و الگوهاي اتصالات داخلي روي يك بستر سراميكي به روش سيلك اسكرين Silk Screen__ (نوعي سيستم چاپ كه در آن روي چهار چوبي پارچه مخصوص توري كشيده مي‌شود و طرح مورد نظر روي اين پارچه پياده مي‌شود و با عبور رنگ در سوراخهاي باز و بسته توري نقش دلخواه روي هر چه كه بخواهيم چاپ مي‌شوند) چاپ مي‌شوند خميرهاي مقاومتي و هدايتي متشكل از پودرهاي فلزي در شكل سازمان يافته روي بستر چاپ شده و در يك اجاق حرارت داده مي‌شوند.
فرآيند لايه نازك
از دقت و كوچك سازي بيشتري برخوردار بوده و عموما در جايي كه فضا اهميت دارد ترجيح داده مي‌شود الگوهاي اتصال بندي و مقاومتهاي لايه نازك را مي‌توان به روش خلا روي يك بستر سراميكي شيشه‌اي يا لعابي نشاند. لايه‌هاي مقاومتي معمولا از جنس تانتاليوم يا ساير فلزات مقاومتي بوده و رساناها نيز غالبا آلومينيوم يا طلا هستند.
مزاياي مدارات مجتمع
معايب ناشي از اتصال لحيم كاري شده در مدارهاي با قطعات مجزا به ميزان بسيار زيادي كاهش مي‌يابد.
بسياري از عمليات مداري را مي‌توان در يك فضاي كوچك جا داد، امكان بكار گيري تجهيزات الكترونيكي پيچيده در بسياري از كاربردها كه در آنها وزن و فضا اهميت حياتي دارد، نظير وسايل نقليه هوايي و فضايي وجود خواهد داشت.
زمان پاسخ و سرعت انتقال سيگنال بين مدارها
درصد قطعات مفيد كه در فرآيند توليد گروهي حاصل مي‌شود، معمولا بر اثر وجود نقصهايي در پولك Si يا در مراحل ساخت قطعات معيوب نيز بوجود مي‌آيد.
|
امتیاز مطلب : 2
|
تعداد امتیازدهندگان : 1
|
مجموع امتیاز : 1
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
