13. 4 Тонкопленочные имс и гимс

Сущность тонкопленочной технологии заключается в том, что для получения пленочных элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) тонкие пленки на поверхность диэлектрической подложки наносятся вакуумными методами (термическим испарением в вакууме, катодным распылением, ионно-плазменным распылением), а необходимая конфигурация пленочных элементов и внутрисхемных соединений достигается с помощью свободных или контактных масок, методом фотолитографии или электронно-лучевой гравировки.

При использовании масок процессы нанесения пленки и формирования требуемой конфигурации наносимого элемента совмещены во времени, т.е. выполняются в одном процессе. При использовании других методов сначала получают сплошную пленку нужного материала по всей поверхности подложки, а затем методом фотолитографии или электронно-лучевой гравировки формируют требуемую конфигурацию элемента.

Таким образом, для получения тонкопленочных элементов используются следующие методы: масочныйметод – необходимые материалы напыляются на подложку через маску с необходимыми отверстиями и получают необходимую конфигурацию элементов;фотолитографическийметод– необходимый материал напыляют на всю поверхность подложки, а затем с помощью процесса фотолитографии создают на поверхности пленки защитную маску из фоторезиста с нужными отверстиями, вытравливают химически в открытых окнах маски материал пленки, таким образом формируя необходимую конфигурацию элементов;масочно-фотолитографический метод – это комбинация первых двух способов, когда одни элементы изготовляют масочным методом, а другие - фотолитографическим методом; электронно-лучевой метод – в этом методе некоторые участки тонкой пленки удаляют испарением с помощью электронного луча, движением которого управляет ЭВМ согласно определенной программе.

Масочный метод позволяет изготовлять резисторы с допуском номинал не более ±10 %, а фотолитографический и комбинированный до ±1%. Точность изготовления линейных размеров этими методами ±0,01 мм. Минимальный размер элемента в масочном и комбинированном методе - 0,3 мм, а в фотолитографическом – 0,1 мм.

После изготовления всех тонкопленочных элементов ИМС проводят установку дискретных активных компонентов – диодов, транзисторов, как в и в толстопленочной технологии.

13.4.1 Материалы тонкопленочных имс

Подложка. Подложка для тонкопленочной ГИМС является диэлектрической и механической основой для размещения пленочных элементов и навесных компонентов. Кроме того, через ее осуществляется теплоотвод энергии, выделяемой элементами и компонентами ИМС. Подложки должны иметь гладкую поверхность, плоскостность, беспористость, механическую и химическую прочность, стойкость к термоударам, большое удельное сопротивление, малый угол диэлектрических потерь.

Для тонкопленочных ИМС в качестве материала для подложки используют бесщелочные боросиликатные стекла, ситаллы, глазированную керамику и поликор.

Размеры подложек стандартизированы. Обычно на одной пластине изготовляет несколько ИМС. После изготовления всех элементов ИМС подложку разделяют на отдельные части. Толщина подложек составляет (0,4–0,6) мм, а допуски на размер – отрицательные (0,1 – 0,3) мкм.

Резистивные материалы. Для изготовления тонкопленочных резисторов необходимы резистивные пленки с поверхностным удельным сопротивлением от десятков до тысяч Ом/□, с малым значением температурного коэффициента удельного сопротивления и большой удельной мощностью рассеивания. Для этого используют пленки хрома, тантала, нихрома, керметы и металло-силицидные сплавы типа МЛТ-3М, РС3001 и др. (табл.13.3).

Таблица 13.3 Основные параметры материалов для тонкопленочных резисторов

Материал резистора	Материал контактной площадки	Удельное поверхностное ρS, Ом/□	Диапазон номинальных значений резисторов, Ом	Удельная мощность рассеивания P0, мВт/см2	Температурный коэффициент удельного сопротивления αρ, К-1
Нихром Х20Н80	Медь	300	50-30000	2	1.10-4
Хром	Медь	500	50-30000	1	6.10-5
Тантал ТВЧ	Алюминий	100	50-100000	3	-2.10-4
Кермет К-50С	Золото	5000	500-200000	2	-4.10-4
Сплав РС-3001	Золото	1000	100-50000	2	-2.10-5
Сплав РС-3710	Золото	3000	1000-200000	2	-3.10-5
Сплав МЛТ-3М	Медь	500	50-50000	2	2.10-4

Материалы проводников и контактных площадок.Эти материалы должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к поверхности подложки, значительную коррозионную стойкость, допускать возможность пайки или сварки. Наиболее распространенными являются пленки из золота с подслоем из хрома, нихрома или титана. Подслой необходим для повышения адгезии к поверхности подложки. Для менее жестких требований можно использовать пленки меди, алюминия с подслоем из хрома, нихрома или титана. Для повышения коррозиционной стойкости и облегчения пайки поверхность меди покрывают тонким слоем никеля, серебра или золота. Толщина золотых пленочных проводников обычно 0,5 – 1,0 мкм, а медных и алюминиевых – около 1 мкм. Толщина золотого или никелевого покрытия на поверхностиAlиCuоколо 0,02 – 0,3 мкм.

Материалы для диэлектрических защитных слоев и конденсаторов.Для защиты поверхности элементов тонкопленочных ИМС, изоляционных подслоев на пересечении проводников, а также в качестве диэлектриков конденсаторов используют материалы, приведенные в таблице 13.4.

Таблица 13.4 Параметры диэлектрических материалов для тонкопленочных ИМС

Материал диэлектрика	Удельная емкость,пФ/мм2	tgδ при частоте 1 кГц	Удельное сопротивление, Ом·см	Электрическая прочность, В/см
14оно оксид кремния	17	0,03	1012	3.106
Халькогенидное стекло	50	0,01	1012	3.106
Фоторезист ФН-11	50-80	0,01	3.1012	6.105
Окись кремния	100	0,02	1013	6·105