книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные микросхемы

Рис. 1.8., Конструкции подгоняемых пленочных конденсаторов:

а, б, в, д, е — подгонка в сторону уменьшения емкости путем отрезания подгоночных выступов верхней обкладки и секций; г — подгонка в сторону увеличения емкости подключением подгоночных секций; 1 — верхняя об­ кладка; 2 — подгоночные секции; 3 — нижняя обкладка; 4 — диэлектрик;

(стрелки указывают места резки)

тельно подключаемой секции. На рис. 1.8, д, е изображена «матричная» конструкция конденсатора со ступенчатым из­ менением емкости в широком диапазоне. Обкладки 1 и 3 конденсатора представляют собой гребенки, которые разде­ лены общим диэлектрическим слоем 4. В местах пересече­ ния пленочных проводников, принадлежащих разным сло­ ям, образуются секции конденсатора, которые можно отсое­ динить путем разреза проводника на заданном участке.

Число секций матричного конденсатора (рис. 1.8, д) п = С шах/Сс, где Стах — начальная максимальная ем­ кость матричного конденсатора; Сс — емкость секции.

Определив число секций п, найдем число проводников нижней п1 и верхней п2 обкладок-гребенок: п = пхпг.

Пленочные индуктивные элементы. Такие элементы ши­ роко распространены в аналоговых ИМС. Индуктивные эле­ менты входят в состав колебательных контуров автогенера­ торов, полосовых фильтров, цепей коррекции частотных ха­ рактеристик и т. д. Топология пленочных индуктивных спи­ ралей ГИС представлена на рис. 1.9. Для повышения доброт­ ности спирали образующие их проводники должны быть большой толщины (30 — 100 мкм). С этой целью проводят электрохимическое осаждение меди или золота (в ответст­ венных изделиях) на тонкий подслой титана или ванадия.

Рис. 1.9. Конструкции пленочных индуктивных спи­ ралей круглой [а, б) и квадратной (в) формы

При одинаковых габаритных размерах и числе витков индуктивность квадратной спирали в 1,27 раза больше ин­ дуктивности круглой спирали, поскольку площадь квадра­ та со стороной D u (рис. 1.9) больше площади круга диамет­ ром D u в 1,25 раза.

В современных ГИС площадь, занимаемая одной спи­ ралью, обычно не превышает 1 см2. Максимальное число вит­ ков, которые можно разместить на этой площади, определя­ ется разрешающей способностью технологического процесса создания спирали, в частности значением 6mln. При Ьш1п « » 50 мкм индуктивность пленочных спиралей составляет примерно 10 мкГн, а добротность при оптимальном соотно­ шении внутреннего и наружного диаметров спирали D nJD u ~ 0,4 равна 80—120.

На конструктивные и электрические характеристики пленочных спиралей влияют значения собственной емкости

с = 3* 1010 см/с — скорость света; d V ^ r — скорость рас­ пространения электромагнитной волны между витками спи­ рали; I — полная длина пленочного проводника спирали, см.

Толщина пленочной спирали зависит от рабочей частоты и определяется глубиной проникновения б электромагнит­

ной волны в материал пленочного проводника (скин-эф­

фект) 6 = K Y 1//, где К — коэффициент, зависящий от материала спирали; / — рабочая частота.

Для изготовления пленочных спиралей применяют мате­ риалы с высокой электропроводностью.

Элементы коммутации. Такие элементы (проводники и контактные площадки) служат для электрического соедине­ ния компонентов и элементов ГИС между собой, а также для присоединения к выводам корпуса.

Электрофизические свойства коммутационных проводни­ ков и контактных площадок в значительной степени опреде­ ляются свойствами применяемых материалов, к которым предъявляются следующие требования: высокая электро­ проводность; хорошая адгезия к подложке; высокая кор­ розионная стойкость; обеспечение низкого и воспроизводи­ мого переходного сопротивления контактов; возможность пайки или сварки выводов навесных компонентов и прово­ лочных перемычек, используемых для электрического сое­ динения контактных площадок платы с выводами корпуса; совместимость технологии нанесения пленочных коммута­ ционных проводников и контактных площадок с технологи­ ей изготовления других элементов микросхем. Самым рас­ пространенным материалом тонкопленочных проводников и контактных площадок в ГИС повышенной надежности яв­ ляется золото с подслоем хрома, нихрома или титана. Под­ слой обеспечивает высокую адгезию, а золото — нужную электропроводность, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки. Толщина пленочного провод­ ника обычно составляет 0,5—1,0 мкм.

В аппаратуре с менее жесткими требованиями к надеж­ ности в качестве проводников используют пленки меди или алюминия с подслоем хрома, нихрома, ванадия или титана. Д ля предотвращения оксидирования меди и улучшения условий пайки или сварки медные контактные площадки покрывают хромом, никелем, золотом или ванадием. Д ля пайки их целесообразно облуживать погружением схемы в припой, при этом остальные пленочные элементы должны быть защищены.

Алюминий обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью — и может использоваться как с защитным по­ крытием никеля или ванадия для обеспечения возможности пайки, так и без него, если присоединение навесных компо­ нентов и создание внешних контактов осуществляются сваркой. Толщина медных и алюминиевых проводников — 1 мкм, а толщина никелевого или золотого покрытия —

1* ” 9 \

Рис. 1.12. Монтаж на плату ГИС активных миниатюрных компонен­ тов: транзисторов с гибкими \а, б) и жесткими (в, г) выводами,

атакже многовыводных полупроводниковых БИС с гибкими (д)

ижесткими (в) выводами

Компоненты ГИС могут иметь жесткие и гибкие выводы. Недостатком компонентов с гибкими выводами является трудность автоматизации процессов их монтажа и сборки в составе ГИС и микросборок. Применение компонентов с ша­ риковыми выводами затрудняет контроль процесса Сборки. Приборы с балочными выводами дороги, но позволяют авто­ матизировать сборку, контролировать ее качество, увели­ чить плотность монтажа.

Способ монтажа компонентов на плату ГИС должен обес­ печить фиксацию положения компонентов и выводов, со­ хранение их целостности, параметров и свойств, а также отвод теплоты, стойкость к вибрациям и ударам. На рис. 1.Н, а — е представлены варианты монтажа на плату ГИС миниатюрных резисторов, конденсаторов, трансформа­ торов, а на рис. 1.12, а — д даны примеры монтажа на пла­ ту ГИС бескорпусных полупроводниковых компонентов с гибкими и жесткими выводами.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

§2.1. Технологические маршруты производства тонкопленочных ГИС

Совокупность технологических операций, составляющих технологический маршрут производства тонкопленочных ГИС , включает в себя подготовку поверхности подложки, нанесение пленок на подложку и формирование конфигура­ ций^ тонкопленочных элементов, монтаж и сборку навесных компонентов, защиту и герметизацию ГИС от внешних воз­ действий. Важное значение при создании ГИС имеют кон­ трольные операции, а также подготовка производства: из­ готовление комплекта масок и фотошаблонов, приобретение (изготовление), входной контроль компонентов ГИС и ис­ ходных материалов.

Нанесение пленок на подложку ГИС осуществляется: а) термическим испарением материалов в вакууме с конденса­ цией паров этих материалов на поверхность подложки; б) ионным распылением мишеней из наносимых материалов

химических реакций в газовой фазе над поверхностью под­ ложки с образовайием пленкообразующего вещества с после­ дующим его осаждением на подложку.

Для формирования конфигураций проводящего, резистив­ ного и диэлектрического слоев используют различные мето­ ды: масочный (соответствующие материалы напыляют на подложку через съемные маски); фотолитографический (пленку наносят на всю поверхность подложки, после чего вытравливают с определенных участков); электронно-луче­ вой (некоторые участки пленки удаляют по заданной прог­ рамме с подложки путем испарения под воздействием элект­ ронного луча); лазерный (аналогичен электронно-лучевому,

ся на подложке в местах, соответствующих рисунку окон в маске. В качестве материала съемной маски используют ленту бериллиевой бронзы толщиной 0,1— 0,2 мм, покры­ тую слоем никеля толщиной около 10 мкм. Съемные маски изготавливают в отдельном технологическом про­ цессе при подготовке производства и используют много­ кратно.

Поскольку для обеспечения необходимой жесткости мас­ ки имеют сравнительно большую толщину, их края затеняют прилегающие к ним участки подложки.

В результате коробления маски в процессе напыления пленки между маской и подложкой образуется зазор, при­ водящий к подпылу. Кроме того, размеры окон в маске при многократном напылении уменьшаются. Все это обусловли­ вает меньшую точность данного метода по сравнению с фо­ толитографическим. С помощью съемных масок нельзя по­ лучать замкнутый рисунок (например, кольцо). Чем слож­ нее конфигурация пленочных элементов, тем ниже точность их изготовления.

Нанесение пленок через съемные маски осуществляют термическим испарением в вакууме либо ионно-плазменным распылением. Метод катодного распыления через съемные металлические маски не применяют, поскольку маска явля­ ется экрайом, искажающим электрическое поле между ано­ дом и катодом, что может привести к прекращению процесса распыления; использование для этих целей масок из диэлект­ рических материалов нецелесообразно из-за низкой точности и трудности их изготовления.

Несмотря на указанные недостатки, масочный метод яв­ ляется самым простым, технологичным и высокопроизво­ дительным.

Метод фотолитографии. Этот метод позволяет получить конфигурацию элементов любой сложности и имеет большую точность по сравнению с масочным, однако он более сложен, так как включает ряд прецизионных операций. При исполь­ зовании фотолитографии процессы нанесения пленок и фор­ мирование конфигураций пленочных элементов во времени разделены.

Существует несколько разновидностей метода фотолито­ графии. Метод прямой фотолитографии предусматривает та­ кую последовательность формирования пленочных эле­ ментов: нанесение сплошной пленки материала тонкопленоч­ ного элемента, формирование на ее поверхности фоторезистивной контактной маски, вытравливание через окна в фоторезисте лишних участков пленки. Контактная маска из