32503

1. Rozwiązania konstrukcyjni' układów scalonych

Monolityczny układ scalony stanowi strukturę, która obejmuj półprzewodnikowe podłoże scalające oraz wytworzone w jego objętości i na powierzchni obszary funkcjonalne elementów czynnych i biernych, obszary izolujące, połączenia wewnętrzne oraz doprowadzenia zewnętrzne Wszystkie wymienione elementy układu elektronicznego wykonuje się na krzemowej płytce półprzewodnikowej typu p, nakładając na nią najpierw za pomocą specjalnych metod warstwę typu n. W procesie wytwarzania wykorzystywane są te same operacje technologiczne, co przy wykonywaniu indywidualnych diod i tranzystorów Wieloletnie doświadczenia, zdobyte na tym polu, spowodowały obserwowany od kilkunastu lat szybki rozwój półprzewodnikowych układów scalonych.

Do budowy półprzewodnikowych układów scalonych wykorzystywany jest wyłącznie krzem Charakteryzuje się on między innymi stosunkowo wysoką dopuszczalną temperaturą pracy małymi prądami wstecznymi w złączach p-n. Własności krzemu zapewniają również łatwe wytworzenie na jego powierzchni warstwy dwutlenku krzemu (Si02), mającej zastosowanie jako warstwa ochronna umożliwiająca dokonanie selektywnej dyfuzji i zabezpieczająca przed wpływami zewnętrznymi oraz warstwa izolacyjna, umożliwiająca dokonanie niezbędnych połączeń na powierzchni układu scalonego

W celu otrzymania płytek wykorzystywanych na podłoża półprzewodnikowe konieczne jest wytworzenie monokryształów krzemu. Wykonywane monokryształy mają zwykle postać walca o średnicy około 3 cm i długości kilkudziesięciu centymetrów Pręty te cięte są pr ostopadle do osi na cienkie płytki, następnie są poddawane mechanicznemu szlifowaniu i polerowaniu.

wrsma tpmujena

Rys. 1 1 Porównanie konstrukcji tranzystora konwencjonalnego z tranzystorem scalonym: a) zwykły tranzystor planarny, b) tranzystor scalony z warstwą podkolektorową

Konstrukcja tranzystora scalonego jest nieco odmienna tuż zwykłego tranzystora W indywidualnym tranzystorze planarnym że stanowi obszar kolektora, co umożliwia wykonywanie doprowadzenia kolektora po przeciwnej strome niż doprowadzenia i emitera. W tranzystorach scalonych doprowadzenia do obszaru kolektora, bazy i emitera znajdują się po strome płytki, umożliwiając wykonanie wszystkich połączeń na powierzchni układu. Wadą takiego rozwiązania jest wzrost rezystancji szeregowej złącza kolektorowej Rc, mający niekorzystny wpływ na częstotliwość graniczną tranzystora i kształt jego charakterystyk statycznych. Zmniejszenie rezystancji szeregowej kolektora można uzyskać; przez wytworzenie w podłożu — wszędzie tam, gdzie mają być zlokalizowane tranzystory - obszarów o takim samym typie przewodnictwa jaki ma kolektor, lecz silniej domieszkowanych Wytworzenie takiego obszant, zwanego warstwą podkolektorową lub zagrzebaną jest pierwszym etapem powstawania układu scalonego. Przygotowaną wstępnie płytkę podłoża krzemowego o grubości około 200 mikronów poddaje się procesowi utleniania w temperaturze przekraczającej 1000°C. Uzyskuje się dzięki temu trwałą warstwę dwutlenku krzemu o grubości około 1 mikrona.

i