Пленочных пассивных

Глава I посвящена рассмотрению структур и электрических параметров элементов полупроводниковых и гибридно-пленочных микросхем. В главе 2 изложены основные принципы технологии ИМС, описана последовательность разработки микросхем различной степени интеграции.

В качестве подложки можно использовать пластину из полупроводника, чаще всего кремния. В этом случае микросхема называется полупроводниковой. Если подложка выполнена из диэлектрического материала (стекла, ситалла, керамики), а элементы микросхемы формируются из пленок проводящих, резистивных или диэлектрических материалов, такие микросхемы называются пленочными. В зависимости от толщины пленок различают тонкопленочные микросхемы, с толщиной пленок меньше 1 мкм и толстопленочные, где толщина пленок больше 1 мкм (десятки и сотни микрон). Поскольку активные элементы пленочных микросхем (транзисторы, диоды), а иногда и другие элементы выполняются отдельно и имеют самостоятельное конструктивное исполнение, такие микросхемы часто называют гибридными или гибридно-пленочными.

Один из широко распространенных вариантов конструкции — бескорпусные транзисторы с шариковыми или столбиковыми выводами. При изготовлении транзисторов на контактных площадках, расположенных в четырех углах на поверхности кристалла, формируются выступы шаровидной или цилиндрической формы ( 1.14, в). Диаметр этих выступов порядка 150 мкм, допустимая разновысотность не больше =t 5 мкм. Присоединение таких бескорпусных приборов производится методом обращенного кристалла; кристалл опускается на поверхность подложки пленочной микросхемы так, чтобы каждый из контактных выступов располагался в середине соответствующей ему контактной площадки. Шариковые контакты сделаны из припоя, поэтому прогрев кристалла до расплавления припоя (около 210° С) позволяет получить механическое и электрическое соединение бескорпусного прибора со структурой пленочной микросхемы. Метод шариковых (столбиковых) контактов в принципе позволяет осуществить автоматизацию наиболее трудоемкой операции в процессе' изготовления гибридно-пленочных микросхем.

Пленочные (чаще всего тонкопленочные) резисторы обладают хорошими электрическими характеристиками, более стабильны и поддаются подгонке в процессе изготовления пленочных микросхем. Эти резисторы могут найти применение и в полупроводниковых микросхемах, однако применение их в качестве элементов полупроводниковых микросхем связано с необходимостью введения дополнительных технологических операций.

Достоинством пленочных микросхем является возможность изготовления пассивных элементов в широком

Конструктивное исполнение пленочных микросхем позволяет осуществить мощные (до 100 Вт) электрические схемы, работающие при больших значениях напряжения. Активные элементы пленочных микросхем выполняются в виде дискретных бескорпусных транзисторов, диодов, матриц диодов или бескорпусных микросхем.

объединяет до 30 бескорпусных микросхем (см. 1.5). Электрические схемы аналоговой аппаратуры содержат много элементов, конструктивное исполнение которых в виде структур полупроводниковых или пленочных микросхем невозможно. К. числу таких элементов относятся, например, конденсаторы большой емкости, трансформаторы, мощные транзисторы, прецизионные или мощные резисторы, пьезоэлектрические или электромеханические резонаторы и др.

а — полупроводниковых микросхем; б — гибридно-пленочных

В приведенном схематическом описании процесса разработки конструкции микросхемы не подчеркивались различия в конструировании полупроводниковых и пленочных микросхем. И хотя различия эти существуют, они не носят принципиального характера.

экономичны, обладают достаточно высоким быстродействием. Недостатки их — невысокая помехоустойчивость (как и в двух предыдущих случаях) и необходимость выделения на поверхности подложки микросхемы относительно большой площади для размещения конденсаторов. Это заставляет иногда реализовать логику РЕТЛ в виде пленочных микросхем. Представители этого типа логики — микросхемы, например, ПО, 204 и 216 серий. Более высокие результаты были достигнуты при включении в цепь базы транзистора диодов, осуществляющих основную логическую функцию.

В последние годы разработаны линии передачи для пленочных микросхем, размещающиеся на одной стороне диэлектрической подложки. Это щелевая микро-полосковая линия ( 3.35, б) и копланарный волновод ( 3.35, в). Щелевая линия образуется одной узкой щелью в проводящем слое; в копланарном волноводе две щели. Конструкции этих линий удобны при параллельном включении в них сосредоточенных элементов, в том числе активных приборов [34].

пассивные элементы с точностью ±0,1%. Разброс коэффициентов усиления у транзисторов достигает 50%. Такие широкие допуски не позволяют создавать прецизионные ИС. Особенно остро стоит вопрос о реализации линейных ИС, в которых используются активные элементы с идентичными характеристиками в широком температурном диапазоне (дифференциальные усилители, электронные ключи для цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей). Получение необходимой точности линейных ИС осуществляется путем компенсации производственных погрешностей активных и пассивных элементов. Наиболее прогрессивным методом компенсации производственных погрешностей, электрических параметров компонентов линейных ИС является функциональная подгонка (ФП). Суть ФП заключается в изменении параметров тех пленочных пассивных элементов, которые в наибольшей степени влияют на выходные параметры готового изделия. К ее достоинствам следует отнести исключение операций комплектования навесных активных элементов, индивидуальной подгонки пленочных пассивных элементов, компенсацию нестабильностей элементов вследствие воздействия температуры при монтаже, снижение требования к допускам элементов, совмещение в одном процессе контроля и регулировки.

Указанные трудности могут быть разрешены при переходе к более совершенной элементной базе — микросборкам (МСБ), представляющим собой микроэлектронные изделия, относящиеся по конструктивно-техно-логическому признаку к БГИС. Они имеют определенное функциональное назначение и характеризуются высокой степенью интеграции, в зависимости от которой микросборка может выполнять функции устройства, блока или субблока. Повышение степени интеграции достигается применением бескорпусных ИМС с жесткими или шариковыми выводами, полупроводниковых БИС, сокращением количества пленочных пассивных элементов в системе коммутации и проводящих дорожек.

наличия пленочных пассивных элементов; условий теплоотвода; степени интеграции бескорпусных ИМС. ' При отсутствии пассивных элементов, использовании бескорпусных транзисторов и ИМС о гибкими выводами в качестве изоляционных материалов применяют окислы металлов А12О3, Та2О5, SiO, SiO2. Для получения таких пленок используют анодирование, термовакуумное напыление, реактивное ц высокочастотное распыление.

При наличии в структуре пленочных пассивных эле-меьтов на подложку осаждаются резистивный и проводящий слои. Для получения последнего используют золото с подслоем хрома. Требуемый рисунок проводников и резисторов формируется методом фотолитографии. В качестве изоляционного слоя наносят центрифугированием полимерный лак ПАК-1 толщиной 2 мкм с последующей полимеризацией при температуре 200° С. Второй слой коммутации из алюминия создается напылением через маски.

Основные технологические этапы изготовления гибридных микросхем. Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) представляют сочетания пленочных пассивных элементов и навесных активных и пассивных компонентов. Резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутрисхемные соединения в ГИС изготовляют либо последовательным напылением на подложку различных материалов в вакууме (тонкопленочная технология), либо нанесением со-" ответствующих материалов

Конструкции и элементная база частотно-избирательных и приемоусилительных устройств зависят от диапазона рабочих частот, т. е. от их применения (УВЧ, УПЧ, УНЧ). Конструкции радиоэлектронных ячеек высокой и промежуточной частот выполняются на основе бескорпусных микросборок, транзисторов и диодов, тонкопленочных индуктивностей и миниатюрных конденсаторов большой емкости ( 1.21). Дальнейшее усовершенствование конструкции ячеек аналоговых радиоэлектронных средств пошло по пути увеличения плотности компоновки бескорпусных активных и пленочных пассивных элементов и привело к созданию принципа «непрерывной микросхемы» ( 1.22), при котором бескорпусные микросборки располагаются на металлическом основании вплотную друг к другу, а коммутация между ними осуществляется приваркой коротких (3—

В технологическом отношении гибридные ИМС, как и полупроводниковые ИМС, изготовляют групповым методом путем нанесения пленочных пассивных элементов на диэлектрическую подложку с последующим присоединением к этим элементам навесных активных компонентов, в том числе ИМС, располагаемых на этой же подложке. Использование в гибридных ИМС широкой номенклатуры навесных компонентов позволяет в ряде случаев получить для них особые схемотехнические преимущества перед полупроводниковыми ИМС, хотя гибридные ИМС уступают последним по плотности упаковки, надежности и себестоимости. Следует отметить, что при производстве гибридных ИМС получается более высокий процент выхода годных изделий (60—80%) по сравнению с той же величиной для полупроводниковых ИМС (5—30%).

Активные компоненты. В качестве активных компонентов гибридных ИМС применяются дискретные полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, полупроводниковые ИМС, ГИМС чаще в бескорпусном исполнении. Используя эти компоненты, особенно ИМС, можно гибко решать ряд сложных инженерных задач по созданию нетиповых функциональных узлов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре. При этом для достижения оптимальных электрических параметров на одной подложке гибридной ИМС можно совмещать активные компоненты, выполненные по разным технологиям: биполярной, МОП и т. д. Использование дискретных активных компонентов позволяет в ряде случаев создать образцы силовых гибридных ИМС, что представляет серьезные трудности на современном этапе при совместном изготовлении маломощных и мощных активных элементов на одном кристалле в виде полупроводниковой ИМС. Проводники и контактные площадки. Объединение пленочных пассивных элементов и навесных компонентов в гибридную ИМС осуществляется пленочными проводниками и контактными площадками. Такие элементы

1. Что такое уровень интеграции и степень интеграции? 2. Какие функции выполняют большие интегральные схемы? 3. Какие разновидности планарной технологии используют при изготовлении интегральных транзисторов? 4. Как создаются в интегральных микросхемах пассивные элементы? 5. В чем сущность технологического метода фотолитографии? 6. Что представляет собой эпитаксиальный слой на кристаллической подложке и каким образом получают в этом слое л-островки, служащие основой для изготовления элементов интегральной микросхемы? 7. Объясните сущность диффузионно-ллаяарной технологии. 8. Каковы преимущества эпитаксиалыю-планарной технологии перед диффузионно-планарной? 9. Какие компоненты используют при создании гибридных интегральных микросхем? 10. Как осуществляется объединение пленочных пассивных элементов в гибридную интегральную микросхему? 11. Какие требования предъявляют к изоляционным материалам, используемым при герметизации интегральных микросхем? 12. Перечислите основные типы защитных корпусов, применяемых для герметизации интегральных микросхем. 13. Какие функции реализуют аналоговые интегральные микросхемы?

Интегральные микросхемы принято классифицировать по способам изготовления и получаемым при этом структурам на полупроводниковые и пленочные. Под полупроводниковыми понимают микросхемы, все компоненты которых выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой пластинки. В пленочных пассивных микросхемах компоненты — резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности — выполняются в виде пленок, наносимых на диэлектрическую пластинку. Если необходимо, чтобы в состав пленочной микросхемы входили помимо пассивных элементов и активные (биполярные и полевые транзисторы, тиристоры и т. д.), то последние приходится выполнять в виде отдельных дискретных микроминиатюрных компонентов и подсоединять к пленочной микросхеме. Полученная таким способом микросхема называется гибридной микросхемой. Если в интегральной микросхеме активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводника, поверх которого нанесены пассивные пленочные компоненты, то такая микросхема называется совмещенной.

4) уточняют технологию нанесения пленочных пассивных элементов и выбирают метод сборки ИМС с учетом вида производства;