1.3 Плёночные, гибридные и совмещенные ис
1.3.1 Плёночные ис
В пленочных ИМС пассивные элементы и соединения выполняются в виде плёнок из различных материалов, нанесённых на поверхность диэлектрика. Различают тонкоплёночные ИС (толщиной пленки 1мкм) и толстоплёночные (1…25 мкм).
1.3.1.1 Подложка – основание, на котором формируется микросхема. Изготавливается из стекла и керамики, т.к. у них малая удельная электропроводимость, высокая химическая стойкость и диэлектрическая прочность.
Для лучшего сцепления плёнки с подложкой ее полируют, травят в кислотах и промывают. Потом перед напылением очищают путём ионной бомбардировки.
1.3.1.2 Резисторы изготавливают из материалов с высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом сопротивления (хром, нихром, тантал и др.). Величина сопротивления от 50 Ом до 100 МОм. При сопротивлении резисторов до 5 кОм они имеют прямоугольную форму (рисунок 1.1,а), при больших сопротивлениях используются последовательные соединения нескольких пленок (рисунок 1.1,б), а также соединений в виде меандра (рисунок 1.1,в) или змейки (рисунок 1.1,г).
1.3.1.3 Конденсатор изготавливают напылением
на д
иэлектрическую
подложку чередующихся проводящих и
диэлектрических пленок (рисунок 1.2). В
качестве диэлектрика используют оксид
кремния, оксид германия, трехсер-нистую
сурьму, халькогенидные стёкла и др.
Металлическую обкладку изготавливают
из алюминия. Емкость пленочного
конденсатора достигает 104 пФ.
1.3.1.4 Индуктивность изготавливается в виде однослойной проводящей спирали, нанесенной методом напыления на диэлектрическую подложку. Индуктивность до 10 мкГн делается из золота.
Большую индуктивность изготовить по пленочной технологии трудно, и поэтому, если это необходимо, используются дискретные микрокатушки с сердечником из порошкового железа или из ферритов.
Трансформатор изготавливается нанесением спирали по обе стороны ферритовой пластины.
1.3.2 Технология изготовления плёночных имс
1.3.2.1 Вакуумное напыление (рисунок 1.3).
С
теклянный
или металлический колпак 1 со смотровым
окном установлен на плите. Изнутри
откачивается воздух. К нагревательному
элементу 2 подается напряжение питания,
которое нагревает испаряемое вещество
3. Вещество испаряется и оседает через
маску 4 на подложку 5, создавая нужную
толщину пленки.
1.3.2.2 Катодное распыление (рисунок 1.4)
На рисунке 1.4 катодом 2 является распыляемый металл. Анод 3 – подложка. Между анодом и катодом прикладывается напряжение 5…20 кВ.
Из-под колпака 1 выкачивается воздух, подаётся инертный газ аргон. Под действием высоковольтного напряжения происходит ионизация газа. Ионы 6 бомбардируют катод 2, частицы напыляемого металла (катода) 5 разлетаются и оседают на подложке 3 через маску 4, образуя плёнку.
1.3.3 Изготовление маски (трафарета)
Маска необходима для нанесения компонентов схемы и их соединений на подложку, т.е. она предназначена для локального легирования, травления, окисления, напыления и других операций. Изготавливается из медной, стальной или бронзовой фольги при помощи фотолитографии или прожигании электронным лучом.
Литография – это формирование отверстий в масках. Рисунок будущей маски задается фотошаблоном. Составляется топологический чертёж. Этот рисунок фотографируется, многократно уменьшается в 20…50 раз, получается промежуточный фотошаблон. Последний, в свою очередь, фотографируется с мультипликацией (размножением) рисунков и получается эталонный фотошаблон с матрицей одинаковых рисунков в масштабе 1:1.
Фотолитография основывается на использовании светочувствительных полимерных материалов. На подложку наносится тонкий слой фоторезиста. После просушки накладывается фотошаблон и экспонируется ультрафиолетовыми лучами (УФЛ). Под действием УФЛ фоторезист полимеризуется на участках, не защищенных от УФЛ. Убирается фотошаблон, а подложка с фоторезистом травится соляной кислотой. Участки, не защищенные полимеризованным фоторезистом, вытравливаются насквозь. Затем фоторезист смывается органическим растворителем. Маска готова.