Тонкопленочных микросхем

мости диэлектрического слоя и обратно пропорциональна его толщине. В порядке возрастания диэлектрической проницаемости наиболее распространенные изоляционные материалы интегральных конденсаторов располагаются так: SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5. Характеристики тонкопленочных конденсаторов приведены в табл. 4. Значительный разброс значений диэлектрической проницаемости диэлектриков объясняется как специфическими свойствами тонких пленок, физические свойства которых отличаются от свойств монолитных материалов, так и сложностью оценки толщины тонких диэлектрических "пленок, структура -которых* весьма неоднородна.

Для измерения электрических параметров тонкопленочных элементов используют следующие измерительные приборы: одинарные равновесные мосты постоянного тока с ручным и автоматическим уравновешиванием и омметры для измерения сопротивлений тонкопленочных проводников, резисторов и изоляции; равновесные мосты переменного тока и приборы на основе резонансного метода для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь тонкопленочных конденсаторов.

Обрывы металлизированной разводки на кристалле. Короткие замыкания переходов и тонкопленочных конденсаторов. Короткие замыкания цепей вследствие образования каналов и проколов оксида под действием термомеханических напряжений

1.7. Конструкции тонкопленочных конденсаторов:

Для изготовления обкладок тонкопленочных конденсаторов применяют алюминий А99 (ГОСТ 11069 — 74) с подслоем титана или ванадия. Обкладки конденсаторов изготавливают из паст с высоким содержанием (более 70%) таких металлов, как палладий, серебро, реже золото и др. Проводники, содержащие золото, имеют ps « « 0,005 Ом/П.

9) у большинства тонкопленочных конденсаторов нижняя обкладка выступает за край верхней не менее на 200 мкм, диэлектрик выступает за край нижней обкладки не менее чем на 100 мкм (исключение составляют конденсаторы, образованные пересечением двух полосок);

В некоторых типах гибридных ИМС наряду с резисторами наиболее распространенными пассивными элементами являются пленочные конденсаторы, которые во многом определяют схемотехнические и эксплуатационные характеристики ИМС. Так, качество и надежность большинства линейных гибридных ИМС в значительной мере зависят от качества и надежности тонкопленочных конденсаторов, что определяется их конструкцией и технологией изготовления.

Расчет тонкопленочных конденсаторов. Исходными данными для расчета тонкопленочных конденсаторов являются: номинальная емкость С,{ пФ]; допуск на номинал ±8С[%]; максимальное рабочее напряжение t/p[B]; рабочая частота /[Гц]; тангенс угла потерь tg6; диапазон рабочих температур АГ[°С]; технологические данные и ограничения, в том числе погрешность воспроизведения удельной емкости Yc,,[%] и линейных размеров обкладок Л/4, Аи или их относительные среднеквадратические отклонения Ops, 0/1, ад, коэффициент старения /Стс[ч~']; продолжительность работы или хранения /хр и др.

Расчет тонкопленочных конденсаторов производят в такой последовательности.

Сначала по исходным данным, которые аналогичны дан- i ным для тонкопленочных конденсаторов, и данным табл. 4.3 выбирают тип диэлектрической 2 пасты и с помощью (4.72) определяют площадь верхней 1 обкладки:

Влияние качества поверхности подложки очень важно учитывать при изготовлении тонкопленочных резисторов и конденсаторов. Сопротивление тонкопленочного резистора является функцией шероховатости подложки, если эта шероховатость, по меньшей мере, равна толщине резистивного слоя. На различных подложках можно получить одинаковые значения поверхностных сопротивлений только при условии, что шероховатость их поверхности одинакова. При изготовлении тонкопленочных конденсаторов во избежание электрического пробоя диэлектрика шероховатость подложки должна быть значительно меньше. В тех случаях, когда требуется особо гладкая поверхность подложки (например, при более высоких частотах), применяют сапфир.

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.

Диэлектрические слои тонкопленочных микросхем получают осаждением моноокиси кремния SiO и германия GeO, двуокисей SiO2 и GeO2, окислов А12О3, Та2О5, Nb2Oft, TiO2, нитрида кремния Si3N4) сернистой сурьмы SbS3, полимерных пленок.

44. Минаков В. И., Коган М. 3. Производство тонкопленочных микросхем. Л., 1973.

На одной подложке обычно содержится до 300 и более пленочных элементов, и таких подложек одновременно поступает на измерительные операции несколько десятков, поэтому измерения в производстве тонкопленочных микросхем носят массовый характер. В связи с этим важное значение приобретает автоматизация измерений.

Структура материала подложки и состояние ее поверхности влияют на параметры пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как микронеровности уменьшают толщину резистивных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14-му классу чистоты. Толстые пленки имеют толщину 10—50 мкм, поэтому подложки для тостопленочных ИМС могут иметь микронеровности до 1—2 мкм, что соответствует 8—10-му классам чистоты. Для обеспечения хорошей адгезии пасты к подложке высота микронеровностей должна быть 50—200 нм.

8. Вычерчивают сборочный чертеж акустоэлектронного фильтра. На данном этапе необходимо конструктивно обеспечить герметизацию фильтра и его экранирование. Задачей герметизации является защита платы фильтра от внешних воздействий и придание ей законченного конструктивного оформления. Обычно акусто-электронные устройства герметизируют с помощью корпусов аналогично, например, герметизации ИМС. Поэтому перед выполнением настоящего этапа рекомендуется изучить литературу [5— 7], в которой описываются конструкции, технология изготовления тонкопленочных микросхем и акустоэлектронных устройств, уяснив при этом особенности технологии изготовления последних. Руководствуясь ГОСТ 17467—79, необходимо попытаться подобрать корпус, который выпускается специализированным предприятием для ИМС. С целью обеспечения экранировки фильтра рекомендуется использовать металлостеклянные корпуса первого

Для тонкопленочных микросхем важны гладкая поверхность (такая же, как у полупроводниковых микросхем) и отсутствие газовыделения в вакууме. Необходимо, чтобы диэлектрические потери в подложках высокочастотных и СВЧ-микросхем были малы, а диэлектрическая проницаемость слабо зависела от температуры. Основным материалом подложек тонкопленочных микросхем является ситалл — кристаллическая разновидность стекла (обычное стекло аморфно, имеет плохую теплопроводность). Применяется также алюмооксидная керамика — смесь окислов в стекловидной и кристаллической фазах (основные компоненты А12О3 и SiO2). Перед нанесением тонких пленок поверхность подложек должна быть тщательно очищена.

Технологический цикл гибридных микросхем так же, как и полупроводниковых, можно разделить на двз этапа. Первый включает процессы формирования на подложках пассивных пленочных элементов и проводников соединений. В тонкопленочных микросхемах для этой цели применяют операции нанесеь;:я тонких пленок (см. § 2.7). Рисунок формируется непосредственно в процессе нанесения пленок с помощью накладных трафаретов либо в процессе фотолитографии (см. § 2.10). В толстопленочных микросхемах пассивные элементы создаются методом трафаретной печати, описанным ниже. Основными достоинствами толстопленочной технологии являются простота, высокая производительность и малая стоимость, однако размеры элементов получаются значительно больше, а их плотность — существенно ниже, чем в тонкопленочной. В конце первого этапа на подложках формируют матрицу одинаковых структур, каждая из которых соответствует одной микросхеме, т. е. пассивные части микросхем создаются групповыми методами. Последовательность операций первого этапа

Контактные площадки подложек гибридных микросхем соединяются с выводами корпуса проволочными проводниками. Для тонкопленочных микросхем эти соединения выполняются термокомпрессией (так же, как для полупроводниковых микросхем), а для толстопленочных —- пайкой.

Назначение фотолитографии и схема процесса. Сущность фотолитографии заключается в Том, что на поверхности подложки создается защитная фотомаска высокой точности, затем незащищенные участки поверхности подвергают травлению. Фотолитография является важным этапом производства не только полупроводниковых, но и тонкопленочных микросхем. Однако в производстве полупроводниковых микросхем по сравнению с производством тонкопленочных микросхем'требования к точности и разрешающей способности процесса более жесткие, а влияние процесса на экономичность производства и надежность микросхем более сильное.

Требования к процессу нанесения тонких пленок. Элементы тонкопленочных микросхем формируют на основе проводящих, резистивных, полупроводниковых и диэлектрических пленок, толщина которых обычно находится в пределах 100—10000 А.