- •Материал для подготовки к контрольной работе по кипр тпу
- •Часть 1
- •1. Введение. Основные термины и определения 3
- •2. Конструктивно-технологические основы тонкопленочной микроэлектроники 6
- •3. Конструктивно-технологические особенности толстопленочных гис (мсб) 24
- •Введение. Основные термины и определения
- •Конструктивно-технологические основы тонкопленочной микроэлектроники
- •Конструкция и основные элементы тонкоплёночных мсб и гис
- •Методы получения тонких пленок
- •Термическое вакуумное напыление
- •Катодное распыление
- •Катодное распыление по двухэлектродной схеме (диодное распыление)
- •Подложки гис и мсб
- •Методы формирования тонкопленочных структур
- •Масочный метод
- •Метод фотолитографии
- •Комбинированный процесс
- •Электронно-лучевая технология
- •Танталовая технология
- •Пассивные элементы тонкопленочных гис
- •Тонкопленочные резисторы
- •Тонкоплёночные конденсаторы
- •Т онкоплёночные индуктивности
- •Служебные элементы
- •Качество тонкоплёночных элементов и проблемы его обеспечения
- •Контроль толщины и скорости нанесения тонких пленок
- •Контроль внешнего вида
- •Контроль электрических параметров мсб (гис)
- •Конструктивно-технологические особенности толстопленочных гис (мсб)
- •Методы нанесения толстых плёнок с использованием трафаретной печати
- •Пассивные элементы толстопленочных гис (мсб)
- •Методы изготовления толстых пленок с помощью электролитического и химического осаждения
Методы формирования тонкопленочных структур
Выбор метода формирования конфигураций тонкоплёночных структур зависит от способа нанесения плёнок, плотности размещения элементов и требований по точности, экономичности, производительности и стойкости.
Масочный метод
Метод свободной маски
Метод свободной маски применяется при термическом напылении. Маска - тонкий экран из металлической фольги с соответствующими очертаниями, закреплённый в маскодержателе. Маску обычно изготавливают из стали, молибдена, никеля, тантала, бронзы и т.д. электрохимическим, фотохимическим, механическим методом или методом электронно-лучевой обработки. Существуют монометаллические и биметаллические маски (слой бериллиевой бронзы толщиной 100 микрон, покрытый слоем никеля 20 микрон).
К недостаткам метода можно отнести изменение толщины маски и искажение рисунка маски в процессе её эксплуатации из-за осаждения распыляемого материала. Кроме того маска искажает электрическое поле, так как является проводящим материалом, что не даёт возможности использовать данный метод для катодного и ионно-плазменного напыления. Следует отметить, что между такой маской и подложкой всегда существует зазор, приводящий к размытости рисунка.
Метод контактной маски
Метод контактной маски заключается в формировании маски на подложке, поверх которой напыляется тонкая плёнка. Необходимая конфигурация элементов достигается при удалении маски.
В зависимости от материала маски существует два способа:
Для прямого метода в качестве материала маски используется фоторезист. Конфигурация маски в этом случае формируется фотолитографией.
При косвенном методе используется металлическая пленка. Материал маски должен химически не взаимодействовать с материалом тонкой плёнки, обладать малым коэффициентом диффузии и легко удаляться с подложки без повреждения тонкоплёночного рисунка.
На рисунке показан технологический процесс формирования рисунка методом контактной маски.
С начала на подложку наносится материал маски (1). Затем наносится слой фоторезиста (2). После этого производится фотолитография: выполняется засвечивание фоторезиста (3); освещённые участки задубливаются, незадубленный фоторезист смывается (4); вытравливается незащищённая часть материала маски (5). Удаляется фоторезист и напыляется плёнка (6). Удаляется маска (7).
Метод фотолитографии
Фотолитография – совокупность фотохимических процессов, позволяющая получить на поверхности пластины микроизображения, повторяющие отдельные элементы интегральной схемы.
Основной рабочий инструмент – фотошаблон, а для формирования фоторезистивного слоя применяются фоторезисты.
Контактная фотолитография
Метод применяется при изготовлении топологически сложных тонкоплёночных структур или схем с большим количеством элементов. Фотолитографией формируются резисторы, индуктивности, внутрисхемные соединения и контактные площадки.
Сначала изготавливается фотооригинал: чёрно-белое или другое контрастное изображение в увеличенном масштабе. Обычно фотооригинал вычерчивается тушью в масштабе 1000:1 в позитивном изображении. После этого изготавливают фотошаблон - рисунок в масштабе 1:1 на плёнке или пластине путём перефотографирования фотооригинала. Затем на поверхность пластины наносят фоторезист - светоточувствительное многокомпонентное вещество, устойчивое после проявления к воздействию агрессивных сред. В негативном методе фоторезист под действием УФ облучения полимеризуется и становится устойчивым к травителям, в позитивном методе будут вытравливаться засвеченные участки.
Технология контактного фотолитографического процесса:
Очистка поверхности платы;
Нанесение фоторезиста;
Сушка;
Совмещение фотошаблона с подложкой;
Экспонирование УФ облучением;
Проявление;
Задубливание;
Травление скрытых участков подложки (травитель не должен воздействовать на материал основания);
Удаление фоторезиста.
Различают одинарную и двойную фотолитографию. Одинарная фотолитография выполняется в сочетании с методом съёмной маски. При двойной фотолитографии сначала напыляют резистивный и проводящий слои, после этого первой фотолитографией формируют конфигурацию проводников и контактных площадок, а затем второй фотолитографией формируют резисторы.
Факторы, ограничивающие возможности применения контактной фотолитографии:
Неизбежность механических повреждений рабочих поверхностей фотошаблонов и пластин при их совмещении;
Налипание фоторезиста на фотошаблон;
Неидеальность плоскостности контактируемых поверхностей;
Неизбежность смещения фотошаблона относительно пластины при переходе от совмещения к экспонированию.
Бесконтактная фотолитография
Фотолитография на микрозазоре: метод основан на использовании эффекта множественного источника излучения. УФ лучи падают на фотошаблон и подложку под углом. За счёт наклона лучей дифракционные явления устраняются, что приводит к повышенной точности рисунка.
Проекционная фотолитография: метод отличается техникой выполнения операций совмещения и экспонирования. Изображение фотошаблона проецируется на пластину, покрытую фоторезистом через специальный объектив с высокой разрешающей способностью. При этом отсутствует контакт фотошаблона с фоторезистом. Процесс упрощается, исключается проблема тонкой установки зазора пластина – фотошаблон. Сложность заключается в разработке высокоразрешающих объективов на большие поля изображения.