9. Физ-хим. основы нанесения толстых пленок.

Состав паст. Процессы нанесения и термообработки толстых пленок.

Технология гибридных толстопленочных интегральных микросхем

9.1 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Технология производства гибридных толстопленочных ИМС ба­зируется на нанесении «толстых» (более 10 мкм) слоев различ­ных материалов, которые выполняют роль проводников, рези­сторов и диэлектриков в соответствующих конструктивных эле­ментах ИМС, показанных на рис. 9.1. Для того чтобы создать заданный рисунок ИМС, используется метод трафаретной печа­ти— шелкография (сеткография), сущность которой заключается в следующем: паста определенного состава и вязкости с по­мощью ракеля продавливается через сетчатый трафарет (рис. 9.2); образовавшийся слой проходит дополнительную обработку (сушку, обжиг, вжигание) для закрепления материала на плате и придания ему заданных электрофизических и механических свойств. Название «толстые пленки» относится в большей степени к технологическому методу их получения, чем к толщине самого слоя.

Рис. 9.1. Конструктивные элементы толстопленочной ИМС:

1 – керамическая подложка; 2 – монтаж­ная площадка; 3 – кристалл диода; 4 – внешние выводы кристалла; 5 – резистор; 6 – проводники; 7 – электрическая изоля­ция пересечения; 8 – конденсатор; 9 – ди­электрик конденсатора

Рис. 2.2. Устройство для сеткографии:

а – схема устройства; б – схема формиро­вания слоев; 1 – вакуумный патрон; 2 – поверхность подложки; 3 –поверхность трафарета; 4 – микрометрический винт для регулировки; 5 – сетка; 6 – каретка с мик­ровинтом; 7 – ракель; 8 –вакуумный на­сос; 9 — «угол атаки» 6 (угол наклона ра­келя); 10 – паста

На первых порах развития микроэлектроники толстопленоч­ная технология не могла удовлетворить требованиям точности, стабильности качества и надежности элементов. Однако с раз­витием этой технологии были найдены методы и материалы, ко­торые позволили эффективно конкурировать с тонкопленочной технологией. Для иллюстрации в табл. 9.1 сопоставлены основ­ные параметры полупроводниковых, тонко- и толстопленочных резисторов. Проигрыш в точности толстопленочной технологии нивелируется существенным выигрышем в простоте и экономич­ности процесса.

Таблица 9.1.

Некоторые характеристики полупроводниковых, тонко- и толстопленочных резистивных элементов ИМС

Наименование параметра	Значения параметров резисторов
	полупровод­никовых	тонкопленочных	толстопленоч­ных
Точность номинала, % Стабильность характеристики в те­чение года ТКС, 10-6 ˚С-1 Сопротивление, кОм Удельное поверхностное сопротив­ление, Oм/□ Допустимый уровень мощности, Вт/см2 Толщина слоя, мкм Стоимость оборудования, отн. ед. Обращение с готовой подложкой	0,2–0,5 2·10-4–10-2 500–2000 10-3–20 1–104 0,2 0,1–1 100 Очень осторожное	0,005–1,0 2·10-5–10-2 1,0–100 5·10-3–50 1–105 0,5 0,1–1 10 Осторожное	0,1–1,0 0,05–1,0 100–500 10-3–10-3 10–108 3 5–15 1 Без особых предосторож­ностей

На рис. 9.3 показаны два варианта структурной схемы ТП изготовления гибридных толстопленочных ИМС, отличающиеся методом получения рисунка. В первом варианте для этого при­меняется ФЛ, а во втором — сетчатый трафарет. Точность эле­ментов ИМС, полученных по первому варианту, значительно выше.

Процесс изготовления ИМС при использовании однослойной подложки (простейший случай) начинается с очистки ее по­верхности и изготовления трафаретов. Затем методом шелкографии наносят через трафарет требуемый рисунок слоев. После каждого цикла нанесения соответствующего слоя он обжигается для закрепления его на подложке и придания заданных свойств материалу слоя. Поскольку температуры обжига проводящих, резистивных и диэлектрических паст различны, то последова­тельность нанесения слоев должна быть вполне определенной. Сначала наносится проводящая паста, образующая проводники, контактные площадки и нижние обкладки конденсаторов, а за­тем – паста для диэлектриков конденсаторов и изоляции воз­можных пересечений проводников. Третьим слоем наносятся верх­ние обкладки конденсаторов и пересекающиеся проводники. На­конец, наносятся резистивные пасты, если температура их обжига наименьшая. После изготовления пассивных элементов ИМС про­изводится лужение контактных площадок и подгонка значений электрофизических параметров до номинальных. Монтаж и сбор­ка толстопленочных ИМС осуществляется так же, как и тонко­пленочных.

Рис. 9.3. Структурная схема техпроцесса изготовления гибридных топстоте-ночных ИМС