Пленочной технологии

В. 4. Пример топологии гибридно-пленочной микросхемы (четырехчастотный кварцевый генератор)

Подложками пленочных ИМС служат пластины из диэлектрического материала—ситалла, стекла, керамики, применяются также полиимидные пленки. Большинство перечисленных материалов обладает относительно низкой теплопроводностью, что затрудняет отвод теплоты от элементов микросхемы. В то же время мощные функциональные узлы (мощные усилители, вторичные источники питания, генераторы и другие) разрабатываются обычно в виде пленочных ИМС. В этом случае подложкой могут служить сорта керамики с высокой теплопроводностью (например, бериллиевая керамика), сапфир, иногда можно использовать анодированный алюминий. Тонкая пленка окисла на поверхности металла служит изоляцией для элементов пленочной микросхемы. Вместе с тем, имея небольшую толщину и значительную площадь, эта пленка не обладает большим тепловым сопротивлением. Керамические подложки, имеющие шероховатую поверхность, для тонкопленочных микросхем малопригодны и используются преимущественно для толстопленочных микросхем.

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.

Изготовленная ИМС должна быть надежно защищена от механических воздействий, воздействий агрессивных сред, атмосферного кислорода, влаги и т. д. Технологические операции, направленные на обеспечение такого рода защиты, называются герметизацией микросхем. Функция защиты от перечисленных воздействий возлагается главным образом на корпус микросхемы. Конструкция корпуса должна обеспечивать надежную герметизацию и механическую защиту полупроводниковой или гибридно-пленочной микросхемы. Примеры наиболее распространенных конструкций корпусов приведены на 2.8.

Плата ИС — часть подложки (или вся подложка) гибридной или пленочной микросхемы, на поверхности которой нанесены пленочные элементы, соединения, монтажные или контактные площадки.

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.

Применение реактивного катодного распыления облегчает задачу автоматизации процесса при получении 'многослойных сплошных пленок. Переход от одного типа пленки к другому связан лишь со сменой реактивного газа. В частности пассивная часть гибридной пленочной микросхемы, содержащая л«шь резисторы, может быть получена с помощью реактивного катодного распыления в виде двухслойной системы «резистивный слой — проводящий слой» и последующей двухэтажной фотолитографии.

8.7. Чертежи главного вида пленочной микросхемы:

На общем топологическом чертеже не показан транзистор VT, но в нижней части изображения имеются два крест-накрест расположенных уголка. Уголки являются технологическими знаками и обозначают месторасположение навесных элементов. Треугольник в нижнем левом углу платы является ключом данной микросхемы и служит для ее ориентации. Топологический чертеж пленочной микросхемы обычно выполняют в укрупненном масштабе (10 : 1 или 20 : 1). Размеры и расположение пленочных элементов задают координатной сеткой с шагом 0,1 или 0,2 мм, а также способом прямоугольных координат. Кроме общего топологического чертежа, в комплект конструкторской документации на гибридную и пленочную микросхему входят топологические чертежи отдельных слоев (послойные чертежи). Так, на 8.8 в увеличенном виде показан чертеж резистивного слоя, где обозначены контуры всех резисторов, входящих в схему эмиттерного повторителя ( 8.7, б). Четыре вершины каждого прямоугольника, обозначающего резистор, пронумерованы и координаты их относительно выбранных осей х и у занесены в таблицу.

В конструкции пленочной микросхемы часто возникает необходимость пересечения одного проводника с другим. Пересечение представляет собой, по существу, микроконденсатор, так как между проводниками возникает паразитная емкостная связь. Для изоляции между проводниками применяется в большинстве случаев моноокись кремния и халькогенидное стекло. Каждое пересечение должно иметь сопротивление проводников не более 0,8 Ом/см, а" емкость не более 2 пФ.

II этап — разработка топологической структуры пленочной микросхемы. Топологический чертеж микросхемы это конструкторский документ, определяющий ориентацию и взаимное расположение всех элементов микросхемы на площади подложки, а также форму и размеры пассивных элементов.

Описанным выше методом создаются контактные маски и на поверхности тонких пленок при создании структур пленочных ИМС и тонкопленочных коммутирующих плат. Особенность фотолитографии при создании многослойных тон ко пленочных структур заключается в том, что выполняется последовательное травление слоев через создаваемые всякий раз новые контактные маски из фоторезиста. При этом на каждом этапе травления очередного слоя материал последующего слоя не должен подвергаться воздействию травителя. В пленочной технологии применяют также свободные маски в виде пластин с отверстиями, предназначенные для многократного использования.

2.2. ЭЛЕМЕНТЫ ПЛЕНОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

2.2. Элементы пленочной технологии . . 69 Изготовление тонкопленочных

В настоящее время технология первичных изделий стала настолько совершенной, что позволяет объединять полупроводниковые приборы микроскопической величины в отдельные законченные функциональные устройства в микросхемотехническом исполнении (усилители, генераторы, преобразователи различного назначения, устройства обработки информации, сложные логические устройства). В сочетании с миниатюрными устройствами СВЧ на базе пленочной технологии современные аппараты, содержащие тысячи и десятки тысяч активных элементов, позволяют реализовать очень компактные и надежные системы. Дальнейший прогресс в этой области связан с совершенствованием технологии.

Гибридная технология микроэлектронных устройств развивается и совершенствуется в направлении создания конструкций, обеспечивающих высокую плотность и точность монтажа полупроводниковых БИС и СБИС и хороший тепло-отвод от этих компонентов. Для этих целей используют целый ряд новых матеоиалов, в частности стальные эмалированные подложки в толсто пленочной технологии, алюминиевые подложки с нанесенной на них многоуровневой тонкопленочной коммутацией и полимерной межуровневой изоляцией. Определенные преимущества дает сочетание в одном изделии тонкопленочной и толстопленочной технологии, получившей название дигибридной.

На практике широко применяют ИМС, изготовленные с использованием как полупроводниковой, так и пленочной технологии. Поскольку каждый из этих технологических принципов имеет свои преимущества, то оба указанных типа ИМС взаимно дополняют друг друга, не конкурируя между собой. Например, бескорпусные полупроводниковые ИМС во многих случаях являются компонентами гибридных ИМС, что особенно характерно для микросборок. Микросборки в отличие

на ПАВ, предназначенные для согласования сопротивлений источника сигнала и нагрузки и получившие название акустические трансформаторы. К достоинствам таких УФЭ относят широкий диапазон рабочих частот, применимость прогрессивной пленочной технологии, высокую повторяемость электрических параметров, конструктивную совместимость с интегральной элементной базой РЭА и др.

1) производят анализ технического задания с учетом особенностей и возможностей пленочной технологии: получения пленочных элементов необходимых номинальных значений с заданными точностью, пробивным напряжением, мощностью рассеяния и др.; при этом учитывают параметры и конструкции активных и других компонентов, надежность и экономические факторы; в случае необходимости производят уточненный электрический расчет;

Технологические данные, как правило, заимствуются из конкретного типового технологического процесса и могут изменяться по мере совершенствования технологии. Рассмотрим некоторые данные и требования, обусловленные современным уровнем пленочной технологии.

В зависимости от соотношения между линейными размерами элементов СВЧ-ИМС и рабочей длиной волны А, различают элементы с сосредоточенными и распределенными параметрами. Первые имеют размеры, пренебрежимо малые по сравнению с К (менее 0,1 Я); к ним относятся полупроводниковые диоды, транзисторы, а в области сравнительно больших длин волн — катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы невысоких номиналов. Чаще всего такие элементы изготовляют на подложке СВЧ-ИМС по пленочной технологии.

В тех случаях, когда требуется более высокая степень миниатюризации, применяют элементы с сосредоточенными параметрами. Индуктивности, конденсаторы и резисторы в СВЧ-ИМС изготовляют обычно методами пленочной технологии. Это объясняется тем, что значения индуктивностей, емкостей и сопротивлений, необходимые для СВЧ-ИМС, как правило, невелики.