§ 4.4. Гибридті имс - ға арналған подложка
Пленкалы микросхемадағы подложкалар маңызды рөл атқарады. Біріншіден, подложка пленкалы микросхеманың конструктивті негізі болып табылады. Оған жіңішке пленка ретінде пассивті элементтерді қаптайды және аппаратурадағы микросхемаларды қосуға арналған контактілерді орналастырады. Екіншіден, подложка материалы және оның өңделуі тұндырмалы пленкалы қабаттың параметрлері мен барлық микросхемалардың сенімділігіне маңызды әсер етеді.
Подложка материалына келесі негізгі талаптар ұсынылады: жоғары салыстырмалы электрлі кедергі, кішкене қалыңдық кезіндегі механикалық беріктілігі, тұндырмалы заттарға химиялық инверттілік, бірнеше жүздеген градусқа қыздыру кезіндегі жоғары физикалық және химиялық беріктілігі, вакуумдегі газ бөлінудің болмауы және орташа құны. Сонымен қатар, подложка материалының жылулық кеңейту коэффициенті шаңдатпалы материалдың жылулық кеңейту коэффициентіне мүмкіндігінше жақын болу керек.
Әртүрлі талаптардың көп бөлігін бірдей мөлшерде қамтамасыз ететін материалдар қазіргі уақытта жоқ. Өкінішке орай, органикалық материалдың үлкен тобы подложка ретінде қолдану мүмкін емес, себебі, микросхемаларды технологиялық өңдеу жоғарылатылған температура кезінде және вакуумде жүргізіледі. Сондықтан, подложканы дайындауға тек шыны мен керамиканы таңдайды. Бұл кезде шыны мен керамиканың кейбір түрлері ұсынылады. Пленкалы гибридті ИМС подложкасы ретінде монокристаллды қолдану оларды алу қиыншылықтарымен және жоғары құнымен шектеледі.
Боросиликатты және алюмосиликатты сорты подложкаға арналған шынылардың жақсысы болып саналады. Бұл шынылардан жапырақты прокат (листовой прокат) жолымен, жылтырға жүгінбей, айтарлықтай тегіс бет алады.
Шыныдан жасалған подложканың кемшілігіне қыздырудың жоғарылатылған қуаты кезінде қолдануға мүмкіндік бермейтін нашар жылуөткізуін жатқызуға болады. Интенсивті қыздыру кезінде "Пирекс" типті шынылар, кварц және кварцты шыны жақсырақ.
Шынымен салыстырғанда керамикалық подложканың негізгі артықшылығы - оның жоғарғы жылуөткізгіштігінде. Берил (сутас) қышқылы негізінде шыныға қарағанда керамика 200 - 250 есе үлкен жылуөткізгіштікке ие. Бірақ, тіпті қоспаларды (мысалы, алюминий қышқылы) аз қосқан кезде оның жылуөткізгіштігі бірден төмендейді. Бетінің үлкен бұдырлығы керамиканың кемшілігі болып саналады. Керамикамен өңделмеген микродәлсіздік бірнеше жүздеген нанометрге дейін жетеді және жылтыратудан соң едәуір кемиді, дегенмен, соңғысы бетін ластауы мүмкін және керамиканың ерекшелігін өзгертуі мүмкін. Бұдырлықты керамиканың бетін сілітісі жоқ шынының жіңішке қабат арқылы глазурлеу жолымен едәуір кішірейтуге болады. Сонымен қатар, керамикалық негіздің жоғары жылуөткізгіштігі шынылы глазурьдің жылтыр бетімен байланыстырылады.
Пленкалы микросхемалардың подложкаларына ситалл және фотоситалл секілді материалдарды қазіргі уақытта көп қолданады.
Ситалл - шыныны термоөңдеу арқылы алатын шыныкерамикалық материалды білдіреді. Жоғарытөзімді кристаллды материалдармен салыстырғанда ол жақсы өңделеді. Оны сығымдауға, созуға, тегістеуге және сыртқа тебу әдісімен құюға болады. +20 ÷ +3000С температура интервалында ситаллдың сызықты кеңеюінің температуралық коэффициенті 5 ∙ 10-6 1/0С, жылуөткізгіштігі 3,4∙10-3 Вт/ (м∙К), диэлектрлік өткізгіштігі 8-9 тең, температурасы +200С және жиілігі 1×106 Гц кезіндегі диэлектрлік жоғалту бұрышының тангенсі 2×10-3. Ситалл деформациясының температурасы бастапқы шыны бастапқы жұмсарту температурасына қарағанда жоғары. Ситалл әуе ортасындағы температураның айқын айырмасына төзеді: - 600 С - ден +7000 С-ге дейін. Ол температураның жоғарылауымен бірнеше есе кішірейетін жоғары электрлік кедергіге ие болады. Электрлік беріктігі бойынша ситалл вакуумды керамиканың жоғары үлгісінен қалыспайды. Механикалық беріктігі бойынша бұл материал шыныға қарағанда 2 - 3 есе берік. Ситалл майдалаудың жоғары кедергілігіне ие, қышқылға қарсы жоғары химиялық тұраөтылыққа ие. Ол қуыс емес, маңыздылығы аз көлемді кемуді береді, газ өткізбейді және жоғары температура кезінде аз газу берушілікке ие.
4.14 - сурет. Гибридті ИМС - ға арналған подложка
Фотоситалл - бұл жарықсезгіш шынының кристаллизация жолымен алынатын шыныкристаллдық материал. Фотоситаллдың негізгі құрамды бөлігі мыналар: кремний қышқылы (75%), литий (11,5%), аллюминий (10%) және азотқышқылды күмәс пен церийдің екіқышқылы бар калий (3,5%). Фотоситалл қышқылдарға қарсы тұрғыш, жоғары механикалық жылулық беріктілікке ие. Оның жылуөткізгіштігі ситаллдың жылуөткізгіштігін бірнеше есеге арттырады, 20 - 1200С температураның диапазонындағы сызықты кеңдіктің температуралық коэффициенті 9×10-6 0С, 1500С кезіндегі салыстырмалы көлемдік кедергісі 109-1010Ом∙см тең.
Гибридті ИМС арналған қолданбалы подложкалар квадратты және тікбұрышты формалары болады. Подложканың келесі өлшемдері ұсынылады:
Подложканың d қалыңдығы 0,6 және 1,6 мм - де қолдануға ұсынылады. Жеке жағдайда подложканың қалыңдығы бұдан да жіңішке бола алады (0,2 мм - ге дейін). 48×60мм өлшемді шыны мен ситаллдан тұратын және 100×100, 50×50 мм өлшемді шыныдан тұратын подложкаларды көбінесе, жоғарыда келтірілген өлшемдерге сәйкес кезектес қималары бар бір немесе бірнеше платаларды бір мезгілде тозаңдатуда қолдануға арналады. Подложканың материалы мен дайындау технологиясы ноың бетінің талап етілетін жиілік классымен қамтамасыз ету керек. Подложка бетінің жоғарғы жиілігі схемалық элементтердің электрлік параметрлерінің біркелкілік пен қалпына келтірулігін қамтамасыз етуге және вакуумды тұндырудың немесе фототравлениенің керекті алғышарттарын құруға арналған.
Подложканың беті екі параметрмен сипатталады: жалпақтылық және микрорельеф. Микросхеманың қолданбалы подложкалары көп жағдайда қанағаттанарлық жалпақтылыққа ие, және микрорельефке көңіл аударылады. пленканың беті биіктік бойынша мүмкіндігінше аз теңсіздік ие болуы және бастысы, өткір дөңес пен ойпатсыз болу өте маңызды. Диэлектрлік пленкалар әсіресе подложканың бетіндегі бірлік мағынасыз дефектке сезімтал. Микрорельефтің тарақшаларының биіктігі 250 нм - ден аспайды.
Микрорельефтер микросхеманың сыйымдылықты элементтеріне қарағанда резистивті пленкаларға аз әсер етеді. Бұның себебі, ұсақ тесіктер және өзге бірлік деффекттер кедергі жолағының кеңдігінің аз бөлігін ғана құрайды және бұл орындарда токтың шамадан тыс концентрациясын немесе үзігін шақырмайды (не вызывают). Дегенмен, дөрекі микрорельеф микросхемаларды өндіру кезіндегі пленканың салыстырмалы кедергісінің қосымша лақтыруын (разброс) ескертеді.