|
ساخت
نيمه هاديهاي جدول تناوبي عناصر شيميائي احتمالا به عنوان موادي براي لوله هاي خلاء حالت جامد شناخته شدند. اين كار توسط ويليام شالكي(1) در آزمايشگاه بل صورت گرفت. در آغاز اكسيد مس و در ادامه ژرمانيوم و سپس سيليكون در دهه هاي 1940 و 1950 مورد بررسي قرار گرفتند.
 ساختار سه بعدي بخش استاندارد كوچك با سه لايه فلز (دي الكتريك نشان داده نشده). ساختار رنگ شني فلز اتصال دهنده داخلي با ستونهاي عمودي هستند كه اتصالاتي از جنس تنگستن هستند. ساختار قرمز پررنگ گيتهاي پلي سيليكون هستند و ساختار آبي پائيني توده سيليكون بلوري است.
امروزه سيليكونهاي تك كريستالي، مواد اصلي مدارهاي مجتمع هستند، اگرچه تركيبات گروههاي III-V از جدول تناوبي مانند گاليوم ارسنيد براي كاربردهاي ويژه نظير LED ها، ليزرها، باتريهاي خورشيدي و مدارات مجتمع پرسرعت تر مورد استفاده قرار مي گيرند. دهه ها طول كشيد تا روشهاي ساخت بدن نقص كريستالها در ساختارهاي كريستالي مواد نيمه هادي به سرانجام برسند يا حداقل به پيشرفت قابل توجهي دستيابند.
آي سي هاي نيمه هادي در يك رويه لايه لايه اي ساخته مي شوند كه شامل مراحل كليدي زير است:
تصوير برداري
نقشه گذاري
حك كردن گامهاي اصلي به همراه تغليظ(ناخالص سازي)، تميز كردن و مسطح سازي كامل مي شوند.
ويفرهاي سيليكوني تك كريستالي(براي كاربردهاي ويژه، سيليكون روي ياقوت يا ويفرهاي گاليم ارسنيد) به عنوان بستر اصلي استفاده مي شوند. فتوليتوگرافي براي علامت گذاري مكانهائي استفاده مي شود كه يا بايد نوشته شوند و يا اينكه پلي سيليكون، عايق يا فلز(مانند آلومينيوم) در آنها قرار گيرد.
مدارات مجتمع تركيبي از چندين لايه تو در تو هستند كه توسط ليتوگرافي تعريف مي شوند و به صورت نرمال در رنگهاي مختلف نشان داده مي شوند. بعضي از لايه ها نشانه گذاري مي شوند تا مواد ناخالصي جهت تغليظ توسط آنها در لايه پخش شوند كه لايه هاي انتشار ناميده مي شوند، بعضي نيز براي تزريق يونهاي اضافي تعريف مي شوند كه لايه كاشت نام دارند و بعضي نيز هادي تعريف مي شوند و به لايه پلي سيليكون يا لايه فلز نامگذاري مي شوند و بعضي ديگر جهت ارتباط بين لايه هاي هادي در نظر گرفته مي شوند كه لايه اتصال ناميده مي شوند. همه اجزاء با تركيبي از اين لايه ها ساخته مي شوند.
ساختار ترانزيستور در فرآيند خودآرائي CMOS شكل مي گيرد، هر جا كه لايه گيت(پلي سيليكون يا فلز) از لايه انتشار عبور مي كند.
ساختار مقاومت، نوارهاي پر پيچ و خم با طولهاي متفاوت است كه بار (Load) را در مدار شكل مي دهند. نسبت طول ساختار مقاومت به پهنايش تركيب شده با مقاوت صفحه اش، مقاومت را مشخص مي كند.
ساختار خازني در شكل شباهت بسياري به صفحات موازي هادي خازنهاي الكتريكي مرسوم دارد، ولي در اينجا بر اساس مساحت صفحه ها تشكيل مي شود كه مواد عايق بين آنها قرار دارد. بدليل محدوديت ها در اندازه، تنها خازنهاي كوچك مي توانند در يك IC ساخته شوند.
ساختار سلفي نيز مي تواند توسط سيم پيچهاي كوچك روي چيپ ساخته شود و يا اينكه توسط ژيراتور مدلسازي شود.
از آنجا كه وسايل CMOS تنها در هنگام انتقال بين حالتهاي منطقي جريان مي كشند، توان بسيار كمتري نسبت به انواع BJT مصرف مي كنند.
حافظه هاي دسترسي تصادفي (RAM) نوعي معمولي و مورد استفاده زياد از IC ها هستند؛ اما حتي يك ميكروپروسسور هم يك حافظه روي چيپ خواهد داشت. اگر چه ساختارها پيچيده هستند- با عرضهائي كه در هر دهه كوچك تر مي شوند- ولي لايه ها بسيار نازك تر از عرض وسايل هستند. لايه هاي مواد بسيار شبيه به رويه فتوليتوگرافي ساخته مي شوند، اگر چه امواج نوري در طيف هاي مرئي نمي توانند جهت نماياندن يك لايه از مواد بكار روند زيرا براي اين عمليات خيلي بزرگ هستند، بنابراين فوتونهاي فركانسهاي بالاتر (معمولا فرابنفش) براي نگاشتن هر لايه بكار مي روند. از آنجائي كه هر عمليات بسيار كوچك است، ميكروسكوپهاي الكتروني، تجهيزات لازم براي مهندسين عمليات است كه ممكن است بخواهند رويه ساخت را اشكال زدائي كنند.
هر وسيله قبل از بسته بندي توسط تجهيزات تست اتوماتيك (ATE) تست مي شوند. سپس ويفر به شكل بلوكهاي مستطيلي برش داده مي شود كه هر برش Die ناميده مي شوند. سپس هر برش مناسب توسط سيمهاي آلومينيومي (يا طلائي) متصل مي شود كه به لايه ها جوش داده شده اند و معمولا در لبه هاي برش يافت مي شوند. پس از بسته بندي، وسايل به سمت تست نهائي مي روند كه از دستگاهي مشابه ATE استفاده مي شود.
بسته بندي
ابتدائي ترين مدارهاي مجتمع كه روي بسته هاي مسطح سراميكي بسته بندي مي شدند به دليل قابليت اطمينان و همچنين اندازه كوچك براي سالهاي زيادي در ارتش به كار گرفته مي شدند. بسته بندي تجاري به سرعت به سمت (DIP(2 ها رفت. اين روند در ابتدا با سراميك سپس با پلاستيك بود. در دهه 1980 تعداد پين هاي مدارات VLSI از محدوديت هاي عملي بسته بندي DIP ها نيز بيشتر شد و همين منجر به بوجود آمدن بسته بنديهاي (PGA(3 و (LCC(4 گرديد.
1: William Shockley at Bell Laboratories
2: Dual In-line Package چيپ هائي را معرفي مي كند كه با دو رديف پايه در دو طرف چيپ ساخته مي شوند نظير ميكروهاي مرسوم.
3: Pin Grid Array: نوعي بسته بندي مدارات مجتمع كه در آن اتصالات كوچك فلزي به صورت شبكه مربعي يا مستطيلي از چيپ بيرون آمده اند و فاصله بين آنها 0.1in در هر جهت است.
4: Leadless Chip Carrier
[1],[2],[3],[4] |