集成電路工藝單片工藝

單片集成電路工藝

利用研磨、拋光、氧化、擴(kuò)散、光刻、外延生長、蒸發(fā)等一整套平面工藝技術(shù)，在一小塊硅單晶片上同時(shí)制造晶體管、二極管、電阻和電容等元件，并且采用一定的隔離技術(shù)使各元件在電性能上互相隔離。然后在硅片表面蒸發(fā)鋁層并用光刻技術(shù)刻蝕成互連圖形，使元件按需要互連成完整電路，制成半導(dǎo)體單片集成電路。隨著單片集成電路從小、中規(guī)模發(fā)展到大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，平面工藝技術(shù)也隨之得到發(fā)展。例如，擴(kuò)散摻雜改用離子注入摻雜工藝；紫外光常規(guī)光刻發(fā)展到一整套微細(xì)加工技術(shù)，如采用電子束曝光制版、等離子刻蝕、反應(yīng)離子銑等；外延生長又采用超高真空分子束外延技術(shù)；采用化學(xué)汽相淀積工藝制造多晶硅、二氧化硅和表面鈍化薄膜；互連細(xì)線除采用鋁或金以外，還采用了化學(xué)汽相淀積重?fù)诫s多晶硅薄膜和貴金屬硅化物薄膜，以及多層互連結(jié)構(gòu)等工藝。

薄膜集成電路工藝

整個(gè)電路的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及其間的互連線,全部用厚度在1微米以下的金屬、半導(dǎo)體、金屬氧化物、多種金屬混合相、合金或絕緣介質(zhì)薄膜，并通過真空蒸發(fā)工藝、濺射工藝和電鍍等工藝重疊構(gòu)成。用這種工藝制成的集成電路稱薄膜集成電路。

薄膜集成電路中的晶體管采用薄膜工藝制作, 它的材料結(jié)構(gòu)有兩種形式：①薄膜場效應(yīng)硫化鎘和硒化鎘晶體管，還可采用碲、銦、砷、氧化鎳等材料制作晶體管；②薄膜熱電子放大器。薄膜晶體管的可靠性差，無法與硅平面工藝制作的晶體管相比，因而完全由薄膜構(gòu)成的電路尚無普遍的實(shí)用價(jià)值。

實(shí)際應(yīng)用的薄膜集成電路均采用混合工藝，也就是用薄膜技術(shù)在玻璃、微晶玻璃、鍍釉或拋光氧化鋁陶瓷基片上制備無源元件和電路元件間的互連線，再將集成電路、晶體管、二極管等有源器件的芯片和不便用薄膜工藝制作的功率電阻、大電容值的電容器、電感等元件用熱壓焊接、超聲焊接、梁式引線或凸點(diǎn)倒裝焊接等方式組裝成一塊完整電路。

厚膜集成電路工藝

用絲網(wǎng)印刷工藝將電阻、介質(zhì)和導(dǎo)體涂料淀積在氧化鋁、氧化鈹陶瓷或碳化硅襯底上。淀積過程是使用一細(xì)目絲網(wǎng)，制作各種膜的圖案。這種圖案用照相方法制成，凡是不淀積涂料的地方，均用乳膠阻住網(wǎng)孔。氧化鋁基片經(jīng)過清洗后印刷導(dǎo)電涂料，制成內(nèi)連接線、電阻終端焊接區(qū)、芯片粘附區(qū)、電容器的底電極和導(dǎo)體膜。制件經(jīng)干燥后，在750～950℃間的溫度焙燒成形，揮發(fā)掉膠合劑，燒結(jié)導(dǎo)體材料，隨后用印刷和燒成工藝制出電阻、電容、跨接、絕緣體和色封層。有源器件用低共熔焊、再流焊、低熔點(diǎn)凸點(diǎn)倒裝焊或梁式引線等工藝制作，然后裝在燒好的基片上，焊上引線便制成厚膜電路。厚膜電路的膜層厚度一般為 7～40微米。用厚膜工藝制備多層布線的工藝比較方便，多層工藝相容性好，可以大大提高二次集成的組裝密度。此外，等離子噴涂、火焰噴涂、印貼工藝等都是新的厚膜工藝技術(shù)。與薄膜集成電路相仿，厚膜集成電路由于厚膜晶體管尚不能實(shí)用，實(shí)際上也是采用混合工藝。

單片集成電路和薄膜與厚膜集成電路這三種工藝方式各有特點(diǎn)，可以互相補(bǔ)充。通用電路和標(biāo)準(zhǔn)電路的數(shù)量大，可采用單片集成電路。需要量少的或是非標(biāo)準(zhǔn)電路，一般選用混合工藝方式，也就是采用標(biāo)準(zhǔn)化的單片集成電路，加上有源和無源元件的混合集成電路。厚膜、薄膜集成電路在某些應(yīng)用中是互相交叉的。厚膜工藝所用工藝設(shè)備比較簡易，電路設(shè)計(jì)靈活，生產(chǎn)周期短，散熱良好，所以在高壓、大功率和無源元件公差要求不太苛刻的電路中使用較為廣泛。另外，由于厚膜電路在工藝制造上容易實(shí)現(xiàn)多層布線，在超出單片集成電路能力所及的較復(fù)雜的應(yīng)用方面，可將大規(guī)模集成電路芯片組裝成超大規(guī)模集成電路，也可將單功能或多功能單片集成電路芯片組裝成多功能的部件甚至小的整機(jī)。

單片集成電路除向更高集成度發(fā)展外，也正在向著大功率、線性、高頻電路和模擬電路方面發(fā)展。不過,在微波集成電路、較大功率集成電路方面，薄膜、厚膜混合集成電路還具有優(yōu)越性。在具體的選用上，往往將各類單片集成電路和厚膜、薄膜集成工藝結(jié)合在一起，特別如精密電阻網(wǎng)絡(luò)和阻容網(wǎng)絡(luò)基片粘貼于由厚膜電阻和導(dǎo)帶組裝成的基片上，裝成一個(gè)復(fù)雜的完整的電路。必要時(shí)甚至可配接上個(gè)別超小型元件，組成部件或整機(jī)。2100433B

本書系根據(jù)美國1967年出版的《Integrated Circuit Technology》一書譯出。其主要特點(diǎn)是結(jié)合集成電路的主要工序，對(duì)所使用的各種設(shè)備作了介紹。這其中包括外延擴(kuò)散、真空系統(tǒng)、制版、金屬化、劃片、焊接、最后封裝、紅外線分析、電子束加工、自動(dòng)測試、電路失效機(jī)理分析等設(shè)備以及生產(chǎn)線上的各種輔助設(shè)施。

本書涉及面廣，比較易懂，可供從事這方面工作的工人、技術(shù)人員參考。

第一章 擴(kuò)散和外延設(shè)備

第二章 真空系統(tǒng)

第三章 光掩模

第四章 金屬化、劃片和電路組裝設(shè)備

第五章 電子束裝置

第六章 最后金屬封裝和塑料封裝

第七章 紅外檢驗(yàn)和掩模對(duì)準(zhǔn)

第八章 絲網(wǎng)漏印電路的制造

第九章 集成電路的自動(dòng)測試設(shè)備

第十章 集成電路的新型測試儀表

第十一章 失效機(jī)理的研究與分析

第十二章 微型電子器件工廠的生產(chǎn)設(shè)施 2100433B