4. Основные технологические операции при производстве гибридных имс: нанесение резистивной и проводящей пленок.

При производстве различных типов гибридных интегральных микросхем технологический процесс может содержать различные операции (это во-первых зависит от выбранной технологии - тонкопленочной или толстопленочной, во-вторых от того, какие пассивные элементы используются в схеме - есть ли, например, пленочные конденсаторы). В курсе «Микроэлектроника и микросхемотехника» изучается технологический процесс производства гибридных ИМС по тонкопленочной технологии и содержащие из пленочных элементов только резисторы.

Основные операции при производстве гибридных ИМС:

1. Получение подложки;

2. Очистка подложки от химических и физических загрязнений;

3. Нанесения резистивной пленки;

4. Нанесение проводящей пленки;

5. Фотолитография и травление;

6. Лужение контактных площадок;

7. Контроль и подгонка резисторов;

8. Установка и распайка компонентов;

9. Установка платы в корпус и распайка выводов;

10. Герметизация;

11. Выходной контроль;

Нанесение резистивного слоя

После очистки подложки на неё наносится резистивный слой. Как уже было отмечено выше, существует несколько методов нанесения пленок:

термовакуумное напыление;

ионнно-плазменное напыление и др.

Термовакуумный метод получения тонких пленок основан на нагреве в вакууме вещества до температуры испарения, образования пара и конденсации его на подложке. Поток испарившихся частиц в вакууме образуется, если давление пара испаряемого материала превышает давление в камере (поэтому в камере создают вакуум). Чем выше температура образца, тем выше давление испаряемого материала. Для разогрева используют различные методы: электронный луч, лазер, джоулево тепло, ВЧ поле.

Рис. 1 Принцип электронно-лучевого испарения и термовакуумного напыления

На этом рисунке цифрами обозначено: 1-электронная пушка, 2-электронный пучок, 3-водоохлаждаемый тигель, 4-кожух технологической камеры, 5-подложка, 6-поток пара, 7-насос, 8-испаряемый материал.

При термовакуумном напылении можно выделить три процесса:

1. Испарение образца напыляемого материала;

2. Транспортировка пара от мишени до поверхности подложки;

3. Зарождение конденсированной фазы на подложке и рост пленки при обмене энергии с подложкой;

Ионно-плазменное напыление пленок, снимая температурные ограничения при испарении, используя плотные потоки пара.

Получение необходимого рисунка пленочных элементов

После нанесения на подложку резистивного и проводящего слоя подложка имеет вид представленный на Рис. 2.

Рис. 2 Подложка с нанесенными резистивным и проводящим слоем

Необходимо получить определенный рисунок из этих слоев на поверхности подложки (например, для того, чтобы получить пленочный резистор конфигурация слоев должна соответствовать Рис. 3).

Рис. 3 Конфигурация пленочного резистора

Для получения необходимого рисунка слоев служат операции литографии и травления. В процессе литографии на поверхности в соответствии с необходимой топологией схемы формируется защитная маска. Слово “литография” дословно переводится как рисунок на камне (лито - камень, граф - рисунок). При операции травления участки схемы не защищенные маской удаляются.

Количество операций литографии и травления зависит от количества слоев. В данном случае потребуется две операции литографии и травления. Вообще говоря, в технологии микроэлектронных устройств литографические процессы наиболее часто повторяемы.

Литографические процессы формируют на поверхности слой стойкого к последующим технологическим воздействиям материала (защитную маску). Для этих целей на поверхность последнего напыленного слоя наносится материал, который способен под действием облучения определенной длины волны необратимо изменять свои свойства и прежде всего стойкость к проявителям. Этот материал носит название “резист”. Резистный слой локально облученный с помощью шаблона обрабатывают в проявителе, где в результате удаления локальных участков получают резистивную маску, т.е. защитный рисунок.

Таким образом, литография - это совокупность фотохимических процессов, в которых можно выделить три основных этапа:

1. Формирование на поверхности материала слоя резиста;

2. Передача изображения с шаблона на этот слой (экспонирование);

3. Получение маски из резиста совпадающей по конфигурации с элементами схемы (проявление).

После получения защитной маски происходит операция травления, в результате которой участки проводящего и резистивного слоя не покрытые защитной маской удаляются в специальном растворе. Операцию литографии и травления поясняет Рис. 4. На этом рисунке отображены следующие этапы литографии и травления: 1-исходная заготовка (подложка с резистивным и проводящим слоем), 2-после нанесения резиста и его сушки, 3-экспонирование через шаблон 8 (1-ая литография), 4-после проявления резиста, удаления необлученных участков резиста и задубливания облученных участков резиста, 5-после удаления проводящего и резистивного слоя не защищенных маской (травление) и удаления облученных участков резиста, 6-повторное нанесение резиста; Затем повторяются операции экспонирования (но уже через шаблон 9), удаление необлученных участков резиста, травление только проводящего слоя, удаление облученных участков резиста. В результате получаем конфигурацию пленочного резистора -7, 10-вид сверху.

В зависимости от длины волны применяемого излучения различают оптическую (фотолитография), рентгеновскую, электронную и ионную литографии. Причем, чем меньше длина волны, тем меньшие размеры элементов можно получить.

Фотолитография может быть контактной (шаблон при переносе изображения приводится в плотный контакт с фоторезистом),бесконтактнойнамикрозазоре)ипроекционной.

Рис. 4 Вид заготовки на различных этапах получения необходимого рисунка