§ 4.8. Пленкалы өткізгіштер және контактілік алаңдар
Бір подложкада микросхеманың әртүрлі элементтерін электрлік байланыстыру үшін жіңішкепленкалы өткізгіштер қолданады. Бұл мақсат үшін подложкаға жақсы адгезиясы бар және жоғары электрлік өткізгіштігі бар материалдар керек болады. Егер ішкісхемалық байланыс пен клнтактілік алаң үшін бірдей материалдар қолданатын болсақ, онда процесс жеңілденеді.
Өткізгіштер мен контактілік алаңдарды тозаңдату үшін вакуумды ерітінді мен алюминийдің алтын, никель, мысын қолдануға болады.
4.5 – кестеде өткізгіштер мен контактілік алаңға арнап қолданылатын бастапқы материалдардың сипаттамасы келтірілген.
Сыртқы шығыстар мен контактілік алаңы бар навесный элементтерді түйістіруді (контактирование) әртүрлі әдістер арқылы дәнекерлеу (пайка) немесе балқытып біріктіру (сварка) көмегімен жасауға болады.
§ 4.9. Қабатаралық изоляция
Жіңішкепленкалы микросхемалардың конструкциясында бір өткізгішті өзге өткізгішпен қиып өту қажеттілігі туады. Қиып өту жерінде диэлектриктің жіңішке пленкасын бір бірінен изоляциялау керек болады. Қиып өтуді кішкентай конденсатор ретінде қарастыруға болады, себебі, өткізгіштер ақтық кедергіге ие және олардың арасында ақтық сыйымдылық болады. Кез келген қиып өтуде (пересечение) өткізгіштердің кедергісі схемасында қиып өту кезінде 0,8 Ом·см болу керек, ал сыйымдылығы 2 пФ аз болмауы керек екендігі экспериментальды түрде енгізілген. Қабатаралық изоляция үшін кремнийдің монокисьі мен халькогенидті шыныны қолданады. Бұл материалдардың сипаттамасы 4.6 – кестеде көрсетілген.
Кейде бұл мақсат үшін фоторезистер қолданады.
Қабатаралық изоляцияның және іргелес өткізгіштердің материалын таңдау кезінде материалдар үйлесімділігін ескеру керек. Мысалы, өткізгіш үшін хром қолдану кезінде немесе изолятор үшін кремнийдің монокисін қолдану кезінде үйлесімділік болмауы мүмкін. Металл – диэлектрик – металл структурасында гальванодиффузиялық эффект пайда болу мүмкін.
§ 4.10. Гибридті имс – ның пассивті элементтерінің әртүрлі конфигурацияларын алу әдісі
ИМС – ның пленкалы элементтерінің (резисторлар, конденсаторлар, контактілі алаң (площадка), ішкісхемалық байланыс) берілген функцияларын орындау үшін белгілі бір функциялары болуы керек. Әдетте белгілі бір қалыңдығы бар пленкалар нақты физикалық қасиеттерге ие болады, оның негізіндегі элементтердің параметрлерінің номиналды мағынасын керее ететін форма мен жоспардағы пленканың өлшемі есебінен алады.
Пленкалы элементтер берілген конфигурацияны контактілік масканың, фотолитографияның, алмалы (съемный) масканың әдісі нәтижесінен иелене алады. Әдісті таңдау пленка материалының қасиетіне, нақтылық бойынша талабына, элементтерді орналастыру тығыздығына, өндірушілігіне, пленканы қаптау тәсіліне, құны мен өзге де факторларға байланысты болды.
Алмалы масканың әдісі. Оны вакуумда жылулық буландыру арқылы пленканы қаптау кезінде қолданады. Бұл әдіс арнайы трафарет – алмалы масканың көмегімен тозаңдатпалы заттардың бөлшектерінің ағынынан подложканың бөлігін қалқалауға негізделген.
Масканы алмалы деп атайды, себебі, ол подложкадан бөлек болады және жасалады. Алмалы маска – бұл кескіні мен орналасуы тозаңдатпалы пленканың талап етілетін конфигурациясына сәйкес келетін саңылауы бар металлдық фольгадан тұратын жіңішке экран. Пленкалы элементтерді тозаңдату кезінде подложкаға қатысы бойынша масканың фиксерленген күйі мен тығыз сығылумен қамтамасыз ететін маскодержательге масканы бекітеді. Тозаңдату кезіндегі буланғыш заттар подложкада маскамен қорғалмаған жерлерде ғана тұндырылады.
Маскаларға қойылатын негізгі талап – элементтерді тозаңдату дәлдігінің қажеттілігімен ескертілген дайындаудағы нақытылығы. Сонымен, ± 5% нақтылығы бар пленкалы резисторлар мен ±10% нақтылығы бар конденсаторлар алуда маскада саңылау орындаудың талап етілетін нақтылығы 5± мкм аспау керек.
Пленкалы структруаларды дайындау технологиясында монометаллдық, биметаллдық және биметаллдық үшқабатты маскалар қолданады. Материал ретінде масакаға ұсынылатын талаптарға жауап беретін металлдар мен олардың қоспаларын: сталь, молибден, никель, тантал, берилльдік қола және т.б.
4.22 – сурет. Биметаллдық маскаларды дайындау схемасы:
а – подложка; б – фоторезистор қаптау; в – экспозициялау; г – көріну (проявление); д – никельі электрохимиялық қаптау; е – фоторезистің кетуі; ж – маска негізіндегі металлды таңдамалы өңдеу; з – лакты (лаковый) қорғаныстың кетуінен кейінгі дайын маска
Монометаллдық масканы дайындау үшін әртүрлі әдістер болады: механикалық, электрохимиялық, фотохимиялық, электронно – сәулелік өңдеу. Ең көп тараған әдіс фотохимиялық әдіс. Маска материалын бүйірлік (боковой) өңдеу салдарынан геометриялық өлшемдерді елестетудің (воспроизведение) төмен дәлдігі және төмен механикалық беріктігі монометаллдық маскалардың негізгі кемшілігі болып табылады.
Өнеркәсіптік талапта фотохимиялық әдіс арқылы дайындалатын биметаллдық алмалы маскалар көп қолданысқа ие (4.22 - сурет). Мұндау маскалар өз алдына бір немесе екі жағынан да никельдің қалың қабатымен (10 – 20 мкм) қапталған, бериллдік қоладан тұратын 80 – 100 мкм қалыңдықты пластинаны білдіреді. Қола пластиналар механикалық негізге қызмет етеді.
Биметаллдық маскалар көп рет қолдануға есептелген. Әдетте олар пленкаларды тозаңдатудың жүз циклына дейін шыдайды.
Контактілік масканың әдісі. Бұл әдіс мынаған негізделген, алдымен подложкада масканы формалайды, содан соң жіңішкепленкалы элементтерді жүзеге асыру үшін пленкаларды тозаңдатады. Соннымен қатар, маскалар жіңішкепленкалар структурасын дайындау процессінде болады және дайындалады. Жіңішкепленкалы элементтердің керекті конфигурациясы маска жоқ болған кезде ғана қол жеткізіледі. Пленкалы конфигурацияларды алудың мұндай әдісін кейде «жарылғыш» (взрывной) фотолитография деп атайды.
4.23 – сурет. Контактілік масканы қолдана отырып жіңішкепленкалы элементтерді алу схемасы:
а – подложка; б – контактілік масканың материалының тұтас қабаты; в – фоторезист қаптау; г – экпозициялау; д – фоторезист көрсету; е – контактілік масканың материалының ашық аймағын өңдеу немесе еріту; ж – подложкадағы дайын контатілік маска; з – жіңішкепленкалы элементтің материалының қабатымен қаптау; и – подложкадағы дайын жіңішкепленкалы элемент
Контактілік масканың материалы белгілі бір талаптарға жауап беруі тиіс: буланбау және негізгі материалмен әрекеттесу, диффузияның аз коэффициентіне ие болу, элемент пленкасының материалының қасиетіне әсер етпейтін әдіс арқылы подложкадан оңай кетірілу. Мұндай талаптарға сай; мыс, никель, алюминий, висмут қышқылы, фоторезис.
Контактілік масканың қолданылатын материалының тәуелділігінен керекті конфигурацияның пленкасын алудың екі жолы бар – тура және жанама. Тура әдіс кезінде маска материалы ретінде фоторезист қызмет етеді, жанама кезінде – металлдық пленка (4.23 - сурет).
Фотолитография әдісі. Шалаөткізгішті технологияда SiO2 қабатындағы фотолитографиялық процесстен еш айырмашылығы жоқ. Фотолитография әдісін топологиялық күрделі жіңішкепленкалы структураларын дайындау әдісі кезінде қолданады. Берілген әдіс контактілі алаңы бар пленкалы резисторларды формалауға мүмкіндік береді. Әдістің екі өзге түрі болады – дара және қос фотолитография. Бұл жағдайда (4.24 – суретте процестің схемасы келтірілген) резистивті пленканы тұтас қаптама ретінде тозаңдатады. Содан соң, фотолитографияның әдісі арқылы резисторлардың керек конфигурациясын формалайды.
Екілік фотолитография кезінде (4.25 - сурет) алдымен подложкаға дәйекті түрде (последовательно) резистивті және өткізгішті қабаттың вакуумды әдісімен тозаңдатады, сонан соң контактілі алаң мен өткізгіштердің конфигурациясын формалайды, сонан соң резисторларды.
Ілесуші (последующий) фотолитографиясы бар пленканың тозаңдатумен формаланған элементтер жоғары дәлдікпен сипатталады.
Айтат кететін нәрсе, жіңішкепленкалы технологияда алмалы масканы ішкісхемалы байланысты, конденсаторларды, резисторларды формалауға қолданады, фотолитография әдісі ретінде тек резисторлар мен ішкісхемалы байланысты алады.
Электронолитографияның әдісі. Бұл қажетті суретті құруға арналған электронды сәулені қолдануға негізделген минималды өлшемі бар элементтердің конфигурациясын алудың перспективалық әдісі.
4.24 – сурет. Дара іріктемелі химиялық өңдеу (дара фотолитография) процесінің схемасы:
а – подложка; б – резистивті пленканы қаптау; в – еркін маска арқылы контактілерді қаптау; г – фоторезистті қаптау; д – экспозициялау; е – фоторезистті көрсетуден кейінгі іріктемелі өңдеу; ж – фоторезисттің кетуі және дайын элементті алу
4.25 - сурет. Екілік іріктемелі химиялық өңдеу (екілік фотолитография) процесінің схемасы:
а – фоторезисттің қабаты арқылы дайындама; б – экспозициялау; в – фоторезисттің көрсетілуі; г – алтынның іріктемелі өңдеуі; д – фоторезистті алу; е – хромның іріктемелі өңдеуі; ж - фоторезистті екінші рет қаптау; з – екінші рет экспозициялау; и – іріктемелі өңдеу және фоторезисттің кетуі
Электронолитографияны пленкалы технологияда қалай қолдансақ, шалаөткізгішті технологияда да солай қолданамыз.