.

Пассивные тонкопленочные элементы ИМС

 Все элементы полупроводниковых ингегральных схем транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы) создаются на базе р-n-переходов в теле кремниевой подложки методами, эпитаксии и диффузии. Резисторы полупроводниковых схем получают в базовой области и их сопротивление определяется ее сопротивлением, которое лежит в пределах от 25 Ом до единиц килоом. Технологическая точность резисторов не превышает ± 30%, а ТКС = ±103,1/оС. Резисторы толстоплёночных микросхем получают методом шелкографии – нанесение через трафареты на поверхность керамических подложек (керамики 22ХС) специальных паст с последующим их вжиганием (методом горячей керамики). Наибольшее распространение в микроэлектронной технике специального назначения получили тонкоплёночные микросхемы, на базе которых создаются большие гибридные интегральные схемы. Объясняется это тем, что тонкоплёночная технология позволяет расширить пределы номинальных значений параметров элементов и получить более высокую точность, стабильность и надёжность.

Резисторы тонкопленочных схем создают, напыляя металлы или другие токопроводящие вещества обычно на ситалловые подложки. Конфигурация резисторов определяется топологией (размещением и размерами) резистивного слоя масок, через “окна” в которых проводится напыление. При этом используют как вакуумное термическое испарение, так и катодное распыление. Процесс напыления выполняют в специальных вакуумных установках.

Маски могут быть металлическими и фоторезистивными. Фоторезистивные маски получают методом фотолитографии, разрешающая способность которого составляет единицы микрометра. Однако из технологических и точностных соображений минимально допустимую ширину “окна” в маске выбирают равной 50-100 мкм.

Для напыления резисторов применяют сплав МЛТ-ЗМ, тантал, керметы и силициды. Основным параметром напыляемого материала является сопротивление квадрата его поверхности ρٱ= ρυ/d, где ρυ - удельное обьёмное сопротивление, Ом • см; d – толщина напыляемой пленки, см. Важными параметрами для, расчета тонкопленочных резисторов являются также ТКС и удельная мощность рассеивания Р0. Основные параметры тонкопленочных резисторов, получаемых на основе различных напыляемых материалов, приведены в табл.1. 

Таблица 1. Основные параметры тонкоплёночных резисторов

Материал ρٱОм/ٱ ТКС = ±10-4,1/оС Р0, мВт/мм2

МЛТ-3М

Тантал

Керметы

Силициды

200-500

300-1000

2000-10000

4000-5000

±(1,2÷2,4)

±(0,1÷1)

±(0,5÷7)

-

10

30

20

10

Тонкопленочные резисторы могут иметь форму полоски или меандра обладают рядом преимуществ перед полупроводниковыми: они более стабильны (± 10-41/оС), точны (до ± 5%) и имеют диапазон номиналов сопротивлений до 100 кОм, который обычно ограничивается в пределах от 50 Ом до 50 кОм. 

2. токоведущие элементы (Откладки конденсаторов, межсоединения, контактные площадки) Широко применяются пленки меди или алюминия с подслоем защищенным никелем или золотом. Для ГБИС используют золото с подслоем хрома, нихрома, для хорошей адгезии, промежуточный слой обеспечивает высокую адгезию, а золото – нужную проводимость.

3. конденсаторы  основные материалы – золото, алюминий, медь, имеющие нужную адгезию  к подложке. Для предотвращения окисления меди, ее поверхность покрывают золотом или серебром. Для диэлектрической изоляции променяют пленки моноокислов кремния и германия. Основной материал защиты ГИС – это фоторезист ФН-103 моноокисла кремния. 

Методы формирования конфигураций тонкопленочных элементов 

Совокупность операций технологического маршрута производства ГИС включает в себя:

  • подготовка поверхности подложки
  • нанесение пленок на подложку
  • формирование конфигураций тонкопленочных элементов
  • монтаж и сборка навесных компонентов
  • защита и герметизация ГИС от внешней среды

Важны контрольные операции, а также подготовка производства, а именно изготовления компонента массы и фотошаблона, приобретение, изготовление, вход контрольных компонентов ГИС и исходных материалов. Тонкие проводящие и резистивные и диэлектрические пленки наносят на подложку термическим испарением в вакууме, катодным или ионно-плазменным напылением, химическим или электрохимическим осаждением.

Для формирования рисунков пленок используют методы:

  • масочный, когда соответствующие материалы напыляют на подложку через маску

 съемная маска – лента берилловой бронзы 0,1-0,2 мм (сверху никель – 10 микрон)

контактная (слой меди 0,3-05 микрон)

  • фотолитографический – пленка наносится на поверхность подложки, а затем вытравливается с участков незащищенных фоторезистом.
  • электронно-лучевой – определенные участки пленки удаляют с подложки по заданной программе под воздействие заданного луча
  • лазерный – аналогично электронно-лучевому, только с использованием лазера