Пассивные тонкопленочные элементы ИМС
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-
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