ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Технология и конструкции тонкопленочных гибридных интегральных схем

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

Под редакцией профессора Коледова Л. А. Автор: Ильина Э. М.

1995г.

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы 3

Теоретические сведения 3

Описание лабораторного макета 26

Лабораторное задание 26

Порядок выполнения работы 27

Требования к отчету 28

Контрольные вопросы 28

Литература 30

Приложения 31

Цель работы

1.Изучить методы формирования конфигураций элементов тон-копленочных гибридных интегральных микросхем (ГИС).

2.Изучить методы нанесения тонких пленок на подложку ГИС.

3.Изучить технологические процессы изготовления и конструк­ции тонкопленочных ГИС.

4.Ознакомиться с видами и причинами брака в технологии тон­копленочных ГИС.

Продолжительность работы - 4часа.

Теоретические сведения

Совокупность технологических операций, составляющих техно­логический маршрут производства тонкопленочных ГИС, включает в себя подготовку поверхности подложки, нанесение пленок на подлож­ку и формирование конфигураций тонкопленочных элементов, мон­таж и сборку навесных компонентов, защиту и герметизацию ГИС от внешних воздействий.

Подложки,Подложка в ГИС служит диэлектрическим и механи­ческим основанием для расположения активных и пассивных элемен­тов.

Наиболее часто используются ситалловые подложки, содержа­щие 30-90% Si0?5окислы Al, Ti,В, Mg,К, Liи поликоровые подлож­ки, содержащие до 99,7%окиси алюминия.

Промышленностью выпускаются подложки разных размеров. При выборе подложки ориентируются на ряд типоразмеров, которые могут быть получены делением сторон по безотходной технологии ба­зовой подложки (размером 96х120мм²) на части, кратные 2-м и 3-м. В результате получаются подложки, часть которых предназначена для

размещения в стандартных корпусах, а остальные -для изготовления бескорпусных ГИС и микросборок. Толщина подложек составляет0,35 -0,6мм.

Непосредственно перед нанесением пленок подложки подверга­ются очистке.

Очистка.Выбор способа очистки зависит от вида загрязнений.

Возможна жидкостнаяисухаяочистка. Эффективная очистка достигается при сочетании нескольких способов очистки. В составе таких процессов основными операциями являются обезжиривание, травление, промывка, сушка.

В тонкопленочных ГИС наибольшее распространение получила жидкостная очистка. Для интенсификации процесса очистки исполь­зуют нагрев, кипячение, вибрацию, центрифугирование, ультразвуко­вую обработку, плазму. Например, типовой процесс очистки ситал-ловых подложек включает следующие операции:

1)обезжиривание кипячением в перекисно-аммиачном раство­ре;

2)промывание в проточной деионизованной или дистиллиро­ванной воде;

3)промывка кипячением в дистиллированной воде;

4)сушка в парах изопропилового спирта или в потоке нагрето­го (до 320°С )инертного газа (аргона, азота).

Метод сухой очистки используют перед наиболее ответственны­ми операциями. Наряду с традиционным отжигом и газовым травле­нием успешно используют ионное и плазмохимическое травление.

Создание пассивных тонкопленочных элементов ГИС Резисторы.Для тонкопленочных резисторов используют чистые металлы, сплавы, а также специальные материалы -керметы, которые

состоят из частиц металла и диэлектрика. Широко распространены пленки хрома и тантала. Из сплавов наиболее часто используют них­ром. На основе керметов, в состав которых входят хром и монооксид кремния, получают высокоомные резисторы. В зависимости от содер­жания хрома можно получить резистивные пленки с удельным сопро­тивлением от сотен Ом на квадрат до десятков килоом на квадрат. Од­нако в связи с тем, что свойства керметных пленок сильно зависят от технологических факторов, резисторы имеют худшую воспроизводи­мость номиналов и больший ТК Rпо сравнению с металлическими. В настоящее время промышленностью освоена большая группа метал-лосилицидных сплавов системы Si - Cr,легированных небольшими до­бавками железа, никеля, кобальта, вольфрама (PC-3001, PC-3710,РС-5404К, МЛТ-ЗМ, РС-5405Н). При сравнительно малом ТК Rи высо­кой стабильности воспроизведения удельного поверхностного сопро­тивления диапазон номиналов сплавов PCдостаточно широк:

0,5-50к0м/а .Наиболее часто используют сплавы PC - 3001, PC - 3710 (37,9% Cr, 9,4% Ni, 52,7% Si),МЛТ-ЗМ ( 43,6% Si, 17,6% Cr, 14,1% Fe, 24,7% W)/D.

Конденсаторы.Характеристики конденсаторов определяются свойствами применяемых материалов. К диэлектрику конденсаторов предъявляются следующие требования: высокие -диэлектрическая проницаемость с, электрическая прочность и сопротивление изоляции, малые -температурный коэффициент емкости и тангенс угла диэлек­трических потерь, хорошая адгезия, совместимость с технологически­ми процессами изготовления других элементов микросхемы.

Для изготовления диэлектрических тонких пленок применяют монооксиды кремния SiOи германия GeO,оксиды алюминия АЬОз, тантала Та205, титана TiO?и редкоземельных металлов. Высокие удельные емкости имеют титанаты кальция и бария.

Материал обкладок конденсатора должен удовлетворять сле­дующим требованиям: иметь малое электрическое сопротивление об­кладок, особенно для высокочастотных конденсаторов, ТКЛР, близ­кий к ТКЛР подложки и диэлектрика, хорошую адгезию как к под­ложке, так и к ранее сформированным пленкам, обладать малой миг­рационной подвижностью атомов, высокой коррозионной стой­костью.

Для изготовления обкладок тонкопленочных конденсаторов применяют алюминий А99 с подслоем титана или ванадия для нижней обкладки и без подслоя при напылении на диэлектрик верхней об­кладки.

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

К материалам элементов коммутации предъявляются следующие требования: высокая электропроводность; хорошая адгезия к подлож­ке; высокая коррозионная стойкость; обеспечение низкого и воспроиз­водимого переходного сопротивления контактов; возможность пайки или сварки выводов навесных компонентов и проволочных перемычек для электрического соединения контактных площадок платы с выво­дами корпуса.

Самым распространенным материалом тонкопленочных про­водников и контактных площадок в ГИС повышенной надежности яв­ляется золото с подслоем хрома, нихрома или титана. Подслой обес­печивает высокую адгезию, а золото -нужную электропроводность, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки. Толщина пленочного проводника обычно составляет 0,5 - 1,0мкм.

В аппаратуре с менее жесткими требованиями к надежности в качестве проводников используют пленки меди или алюминия с под­слоем хрома, нихрома, ванадия и титана. Для предотвращения окси­дирования меди и улучшения условий пайки или сварки медные кон­тактные площадки покрывают хромом, никелем, золотом или ванади­ем. Для 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 покрытием никеля или ванадия для обеспечения возможности пайки, так и без него, если присоединение навесных компонентов и создание внешних контактов осуществляется сваркой. Толщина медных медных и алюминиевых проводников - 1мкм, а толщина никелевого или золотого покрытия -десятые -сотые доли микрометра.

Пленочные индуктивные элементы.Такие элементы широко рас­пространены в аналоговых ИМС. Индуктивные элементы входят в со­став колебательных контуров автогенераторов, полосовых фильтров и т. д.

Для изготовления пленочных спиралей применяют материалы с высокой электропроводностью. Для повышения добротности спирали образующие ее проводники должны быть большой толщины (30 - 100 мкм ).С этой целью проводят электрохимическое осаждение меди или золота (в ответственных изделиях )на тонкий подслой титана или ва­надия.

Защита.Применяется для защиты от внешних воздействий и для предотвращения замыкания проводников и пересечений. Для одно-слойной разводки распространена защита негативным фоторезистом, как наиболее простая. Для многослойной разводки используют те же

материалы, что и для диэлектрика конденсаторов, но с малым значе­нием диэлектрической проницаемости с целью уменьшения паразит­ных связей между проводниками слоев.