книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные микросхемы

Jgj

Рис. 2.3. Технологический маршрут получения пленочного эле­ мента с использованием контактной маски:

а — подложка; б — напыление материала контактной маски; в — нанесение фоторезиста; г — экспонирование; д — проявление; е — травление мате­ риала контактной маски через фотореэистивную маску; ж — снятие фоторези­ ста; 3 — напыление материала пленочного элемента; и — травление мате­

риала контактной маски

фотолитографии и травления алюминия проводящая плен­ ка остается только в областях контактных площадок и про­ водников (на рис. 2.2, б участки проводящего материала зачерчены). При этом сформированные на предыдущем эта­ пе резисторы не повреждаются. После нанесения поверх проводящих элементов и резисторов защитного слоя стёкла проводится еще одна, третья фотолитографическая обработ­ ка, в результате которой стекло удаляется из областей над контактными площадками, а также по периметру платы (рис. 2.2, в) для скрайбирования и последующего разделе­ ния подложки на платы. Сформированная таким образом пленочная структура показана на рис. 2.2, г.

Метод обратной, или, как его иногда называют, взрыв­ ной, фотолитографии (рис. 2,3) отличается от предыдущего тем, что сначала на подложке формируется контактная мас­ ка, затем наносится материал пленочного элемента, после че­ го производится удаление контактной маски. При этом воз­ можны два варианта нанесения пленки на контактную мас­ ку. Первый вариант — сначала пленка осаждается как на контактную маску, так и на свободные от нее участки под­ ложки. Затем при быстром (взрывном) стравливании кон­ тактной маски вместе с ней удаляются и участки пленки, расположенные поверх маски (селективное травление). Ме­ тод реализуется при термовакуумном напылении, ионном распылении, осаждении из парогазовой смеси. Второй ва­ риант — пленка осаждается только на свободные от маски

участки подложки (селективное осаждение). Метод может использоваться при электролитическом осаждении элект­ ропроводящих материалов. Этот метод нельзя применять для создания многослойных конструкций ГИС, так как для получения рисунка очередного слоя требуется обработка травителем и тщательная очистка подложки от химических реактивов, без чего невозможно добиться удовлетворитель­ ной адгезии при осаждении последующих слоев. Поэтому технологический процесс стараются построить так, чтобы нанести все слои микросхемы, а затем последовательным избирательным травлением получить их рисунок.

При фотолитографическом методе для изготовления ГИС, содержащих резисторы и проводники, используют так­ же два других технологических маршрута. Первый ва­ риант — напыление материала резистивной и проводящей пленок; фотолитография проводящего слоя; фотолитография резистивного слоя; нанесение защитного слоя (рис. 2.4), Второй вариант—после проведения первых двух операций.

Рис. 2.4. Технологический маршрут получения резистивного и проводящего элементов методом двойной фотолитографии:

резисторы, проводники и конденсаторы, используют два, ва­ рианта:

1)напыление резисторов через маску, напыление прово­ дящей пленки на резистивную; фотолитография .проводяще­ го слоя; поочередное напыление через маску нижних обкла­ док, диэлектрика и верхних обкладок конденсаторов; на­ несение защитного слоя (рис. 2.6, а — ж). На рис. 2.6, з показан монтаж навесных компонентов с жесткими вывода­ ми;

2)напыление резистивной пленки и проводящей пленки на резистивную; фотолитография проводящего и резистив­

(рис. 2.7, а — ж). Монтаж навесных компонентов представ­ лен на рис. 2.7, з.

Для схем, не содержащих конденсаторов, применяют один из трех вариантов:

1) напыление через маску резисторов и проводящей пленки; фотолитография проводящего слоя; нанесение за­ щитного слоя;

Рис. 2.6. Технологический маршрут производства тонкопленочной ГИС комбинированным методом (масочным и фотолитографи­ ческим):

< жесткими выводами

Рис. 2.7. Технологический маршрут производства тонкопле­ ночной ГИС комбинированным методом (масочным и двой­ ной фотолитографии):

а — напыление сплошных резистивной и проводящей пленок; 6 — травление проводящего и резистивного слоев; в — селективное травление проводящего слоя; г — напыление через маску нижних обкладок конденсаторов; д — на­ пыление через маску диэлектрика; е — напыление через маску верхних

обкладок конденсаторов; Ж — нанесение защитного слоя; з т—монтаж навес­ ных компонентов

2) напыление резистивной пленки; фотолитография ре­ зистивного слоя; напыление через маску проводников и кон­ тактных площадок; нанесение защитного слоя;

3} напыление резистивной пленки, а также контактных площадок и проводников через маску;- фотолитография ре­ зистивного слоя; нанесение защитного слоя.

Рекомендации по применению методов изготовления трщсопленочных ГИС. Масочный метод применяют при мелкосерийном и серийном производстве. Точность изготов­ ления R- и С-элементов ± \ 0 % . Фотолитографический метод используют в массовом производстве. Достижимая точность изготовления резисторов ± 1 %. Комбинированный масоч­ ный и фотолитографический методы применяют при серий­ ном и массовом производстве. Максимальная разрешающая способность при изготовлении пленочных элементов 50 мкм, точность изготовления R - и С-элементов ±1 и ±10 % соот­

После очистки и отжига платы на нее накосят и вжигают поочередно с обеих сторон проводниковую пасту для форми­ рования проводников, контактных площадок и нижних об­ кладок конденсаторов (рис. 2.8, а), после чего формируют диэлектрик для конденсаторов и пересечений проводников (рис. 2.8, б). Верхние обкладки и пленочные перемычки (рис. 2.8, в) изготавливают из одной пасты. Последними фор­ мируют резисторы (рис. 2.8, г), имеющие самую низкую тем­ пературу вжигания. После облуживания контактных пло­ щадок (верхние обкладки конденсаторов, резисторы и ди­ электрик припоем не смачиваются, так как их изготавливают из паст, инертных к припою) производят лазерную подгон­ ку резисторов (рис. 2.8, д). На рис. 2.8, еу ж представлены заключительные сборочные операции: установка выводов, монтаж навесных компонентов и герметизация опрессовкой с использованием пластмассы, после чего производят обре­ зание рамки и разъединение выводов. В том случае, когда ка­ кие-либо из пленочных элементов в толстопленочной ГИС отсутствуют (например, пленочные конденсаторы), техноло­ гический маршрут такой ГИС упрощается.

§2.3. Нанесение тонких пленок

ввакууме

Наиболее распространенными методами получения тон­ ких пленок различных материалов в вакууме являются ме­ тоды термического испарения и ионного распыления.

К процессам термического испарения относится испаре­ ние: а) из резистивных испарителей (проволочных, ленточ­ ных), включая взрывное испарение с применением вибро­ питателей; б) из тиглей с радиационным и высокочастотным индукционным нагревом; в) с помощью электронно-лучевых испарителей (за счет сфокусированного луча). К процессам ионного распыления относится: а) катодное (диодная сис­ тема); б) ионно-плазменное (триодная система); в) с помощью сфокусированных ионных пучков; г) магнетронное.

До настоящего времени основным методом получения тонкопленочных ГИС являлось термическое испарение ма­ териалов и их конденсация в вакууме. Достоинствами мето­ да являются: реализация высоких скоростей осаждения ма­ териалов в высоком вакууме, простота, отработанность тех­ нологических операций и наличие современного высокопро­ изводительного оборудования. Однако этому методу свойст­ венны такие недостатки, как трудность обеспечения высокой воспроизводимости свойств пленок при осаждении веществ

тях подложек, имеющих температуру ниже температуры источника пара. Пленка при конденсации формируется из отдельных атомов или молекул пара вещества. Процесс

напыления приведена на рис. 2.9. Стационарная и съемная оснастки подколпачного устройства периодически очища­ ются от наслоений предыдущих напылений. Навески на­ пыляемого вещества обезжириваются, травятся для уда­

на подложки различных материалов, поворачивая карусель с подложками на соответствующие позиции над испарите­ лями.

Равномерность толщины пленок по площади подложек при использовании большинства простейших проволочных, ленточных и тигельных испарителей неудовлетворительна (рис. 2,10). Толщина пленки максимальна в центре подлож­ ки, т. е. на участке, расположенном непосредственно над ис­ парителем, и убывает к периферии подложки. Равномер­ ность толщины пленок можно повысить за счет увеличения расстояния между испарителем и подложкой, но прй этом уменьшается скорость напыления. Кроме того, рабочая ка­ мера установки имеет ограниченные размеры. Высокой рав­ номерности толщины пленок на больших поверхностях до­ биваются, применяя приемные устройства сферической фор­ мы или динамические системы приемных устройств, вращаю­ щиеся относительно неподвижных испарителей (рис. 2.11). Равномерность толщины пленок в большой партии подло­ жек достигается в установках с подколпачными устройст­ вами, обеспечивающими равномерное вращение подложек, закрепленных вертикально на образующих цилиндра,

.вокруг испарителей, расположенных по центральной оси

. цилиндра (рис. 2.11, а). Применяются также динамические системы, в которых испарители и подложки располагаются с внешней стороны барабана. Преимуществами динамиче­ ских систем являются: высокая равномерность толщины рас­ пыляемых пленок, качественное нанесение пленок на под­ ложки, имеющие сложный вертикальный профиль, ступень­ ки и узкие канавки; уменьшение расстояния между испа­ рителем й подложками и увеличение за счет этого скорости

осаждения пленок; рост производительности труда при се­ рийном и массовом производстве ГИС.

Температура подложки выбирается оптимальной, чтобы обеспечить конденсацию пара и адгезию пленок к подлож­ кам. Нагрев подложек необходим для десорбции вредных

г)

Рис. 2.10. Конструкции испарителей для термовакуумного нанесения пленок:

а — проволочные; б — ленточные; в — тигельные; г — электронно-луче­ вые с кольцевым катодом; д — вибрационный дозатор для взрывного

Рис. 2.11. Основные виды вращения подложкодержателей в напылительных установках:

О — карусельной; б — планетарной; в — сателлитовой; 1 — нагреватели; 2 — подложки