Поляков В.И., Стародубцев Э.В. - Проектирование тонкопленочных ГИС (1051262), страница 3
Текст из файла (страница 3)
наполнителей. адсорбентов). Химическоеосаждение из газовой фазы может быть одной из стадий химическихтранспортных реакцийХимическое осаждение происходит в результате химическойреакции в газовой фазе при повышенной температуре и осуществляетсяв эпитаксиальных или диффузионных установках.13На рис. 1.5. представлена упрощенная схема установки дляэпитаксии (ориентированный рост одного кристалла на поверхностидругого).Рис. 1.5. Упрощеннаясхемареакторадляэпитаксии из парогазовойсмеси:1 – держатель,2 – кремниевая пластина,3 - пленкаЭтотспособиспользуетсядляполученияпленокполикристаллического кремния и диэлектриков.
Достоинствамихимического осаждения из газовой фазы являются простота, хорошаятехнологическая совместимость с другими процессами созданияполупроводниковыхмикросхемисравнительноневысокаятемпература, благодаря чему практически отсутствует нежелательнаяразгонка примеси в пластинах.Скоростьосажденияопределяетсятемпературойиконцентрацией реагирующих газов в потоке нейтрального газа –носителя и составляет в среднем несколько сотых долей микрометра вминуту.4.
Химическое осаждение из водных растворовСуществуют несколько способов химического осажденияметаллических покрытий из водных растворов:1. контактный;2. контактно-химический;3. метод химического восстановления.Контактный способ основан на вытеснении ионов металла израствора более активным металлом. Примером может быть хорошоизвестная из школьного курса реакция меднения железного гвоздя,помещенного в раствор сульфата меди.Контактно-химический способ осаждения металлов заключаетсяв создании гальванической пары между металлом основы и болееактивным металлом. Так, при осаждении серебра на медную основусоздают гальваническую пару с помощью более активного металлаалюминия или магния. В этом случае более активный металл отдаетсвои электроны меди и на отрицательно заряженной медной14поверхности ионы Ag+ восстанавливаются до металла.
Рассмотренныйпроцесс используют при нанесении серебряного покрытия наволноводные трубы и изделия сложной конфигурации из меди и еесплавов.Метод химического восстановления (химическая металлизация)заключается в том, что металлические покрытия получают в результатевосстановления ионов металла из водных растворов, содержащихвосстановитель.Применяемое в технологии гибридных микросхем химическоеосаждение из водных растворов основано на восстановлении металловиз растворов их солей.
Таким образом, можно получать не толькотонкие, но и толстые пленки (более 1 мкм), применяемые, например,для создания жестких и балочных выводов бескорпусныхполупроводниковых микросхем, транзисторов, а также металлическихмасок (трафаретов).Для формирования конфигураций проводящего, резистивного идиэлектрического слоев используют различные методы:• масочный - соответствующие материалы напыляют на подложку через съемные маски;• фотолитографический - пленку наносят на всю поверхностьподложки, после чего вытравливают с определенных участков;• электронно-лучевой - некоторые участки пленки удаляют по заданной программе с подложки путем испарения под воздействиемэлектронного луча;• лазерный - аналогичен электронно-лучевому, только вместоэлектронного применяют луч лазера.Наибольшее распространение получили два первых способа, атакже их сочетания.Масочный метод.
Самым простым методом получения заданной конфигурации пленочных элементов является масочный, при котором нанесение каждого слоя тонкопленочной структуры осуществляется через специальный трафарет. При масочном методе рекомендуетсятакая последовательность формирования слоев ГИС:• напыление резисторов, проводников и контактных площадок;• межслойной изоляции;• второго слоя для пересечения проводников;• нижних обкладок конденсаторов;• диэлектрика;• верхних обкладок конденсаторов;• защитного слоя.15Пленка из напыляемого материала осаждается на подложке вместах, соответствующих рисунку окон в маске.
В качестве материаласъемной маски используют пленку бериллиевой бронзы толщиной 0,10,2 миллиметра, покрытую слоем никеля толщиной около 10 мкм.Нанесение пленок через съемные маски осуществляют термическим испарением в вакууме либо ионно-плазменным распылением.В результате коробления маски в процессе напыления пленкимежду маской и подложкой образуется зазор, приводящий к подпылу.Кроме того, размеры окон в маске при многократном напыленииуменьшаются. Все это обуславливает меньшую точность данного метода по сравнению с фотолитографическим.Несмотря на недостатки, масочный метод является самым простым, технологичным и высокопроизводительным.Метод фотолитографии. Этот метод позволяет получить конфигурацию элементов любой сложности и имеет большую точность посравнению с масочным, однако он более сложен.Существует несколько разновидностей фотолитографии:Метод прямой фотолитографии предусматривает нанесениесплошной пленки материала тонкопленочного элемента, формированиена ее поверхности фоторезистивной контактной маски, вытравливаниечерез окна в фоторезисте лишних участков пленки.
Контактная маскаиз фоторезиста или другого материала, более стойкого к последующимтехнологическим воздействиям, воспроизводит рисунок фотошаблонаиз пленки.Экспонированный фоторезист удаляется (растворяется), послечего пленка резистивного материала стравливается с участков, не защищенных фоторезистом. Далее на подложке в вакууме наноситсясплошная пленка алюминия.
После фотолитографии и травления алюминия проводящая пленка остается в областях контактных площадок ипроводников. При этом сформированные на предыдущем этапе резисторы не повреждаются. После нанесения поверх проводящих элементов и резисторов защитного слоя стекла проводится еще одна, третьяфотолитографическая обработка, в результате которой стекло удаляетсяиз областей над контактными площадками, а также по периметру платы.Метод обратной (взрывной) фотолитографии отличается отпредыдущего тем, что сначала на подложке формируется контактнаямаска, затем наносится материал пленочного элемента, после чего производится удаление контактной маски.16При фотолитографическом методе для изготовления ГИС, содержащих резисторы и проводники, используют два технологическихмаршрута.Первый вариант – напыление материала резистивной и проводящей пленок; фотолитография проводящего слоя; фотолитография резистивного слоя; нанесение защитного слоя.Второй вариант – после проведения первых двух операций, техже что и в предыдущем варианте, сначала осуществляют фотолитографию и травление одновременно проводящего и резистивного слоев, затем вторую фотолитографию для стравливания проводящего слоя вместах формирования резистивных элементов, после чего следует нанесение защитного слоя и фотолитография для вскрытия окон в немнад контактными площадками.При производстве пленочных микросхем, содержащих проводники и резисторы из двух различных (высокоомного и низкоомного)резистивных материалов, рекомендуется такая последовательностьопераций:• поочередное напыление пленок сначала высокоомного, затемнизкоомного резистивных материалов;• напыление материала проводящей пленки;• фотолитография проводящего слоя;• фотолитография низкоомного резистивного слоя;• фотолитография высокоомного резистивного слоя;• нанесение защитного слоя.Комбинированный метод.
При совмещении масочного и фотолитографического методов для микросхем, содержащих резисторы,проводники и конденсаторы, используют два варианта:1 вариант:• напыление резисторов через маску;• напыление проводящей пленки на резистивную;• фотолитография проводящего слоя;• поочередное напыление через маску нижних обкладок, диэлектрика и верхних обкладок конденсатора;• нанесение защитного слоя;2 вариант:• напыление резистивной пленки и проводящей пленки на резистивную;• фотолитография проводящего и резистивного слоев;• фотолитография проводящего слоя;• напыление через маску нижних обкладок, диэлектрика и верхних обкладок конденсатора;17• нанесение защитного слоя.Для схем, не содержащих конденсаторов, применяют один изтрех вариантов:1 вариант:• напыление через маску резисторов и проводящей пленки;• фотолитография проводящего слоя;• нанесение защитного слоя;2 вариант:• напыление резистивной пленки;• фотолитография резистивного слоя;• напыление через маску проводников и контактных площадок;• нанесение защитного слоя;3 вариант:• напыление резистивной пленки, а также контактных площадоки проводников через маску;• фотолитография резистивного слоя;• нанесение защитного слоя.2.2.
Материалы подложек ГИСПодложка в конструкции гибридной интегральной микросхемыявляется основанием, на котором располагаются пленочные элементы инавесные компоненты. От ее свойств во многом зависит качество всейконструкции. Подложки, используемые при изготовлении гибридныхинтегральных микросхем, должны удовлетворять следующимтребованиям:• иметь значительную механическую прочность при небольшихтолщинах, обеспечивающей целостность подложки с нанесеннымиэлементами как в процессе изготовления микросхемы (разделение насубподложки, термокомпрессия, пайка, установка подложки в корпус ит.д.), так и при ее эксплуатации в условиях термоциклирования, термоударов и механических воздействий;• обладать высоким удельным электрическим сопротивлением ималыми потерями на высоких частотах (tgб) и при высокой температуре; быть химически инертными к осаждаемым веществам;• не иметь газовыделений в вакууме; сохранять физическую ихимическую стойкость при нагревании до 400 - 500°С;• иметь температурный коэффициент линейного расширения(ТКЛР), близкий к ТКЛР осаждаемых пленок;• способствовать обеспечению высокой адгезии осаждаемыхпленок;• иметь гладкую поверхность (Rz мкм на длине 0,08 мм);18обладать высокой электрической прочностью для обеспечениякачественной электрической изоляции элементов микросхемы, как напостоянном токе, так и в широком диапазоне частот;• обладать способностью к хорошей механической обработке(полировке, резке);• иметь низкую стоимость.•Основные электрофизические и механические свойстваматериалов, используемых для изготовления подложек гибридныхИМС, приведены в таблице 2.1 «Характеристики подложек».МатериалдиэлектрикаБоросиликатноестеклоАлюмооксиднаякерамика типа«Поликор»Алюмооксиднаякерамика типаКварцевоестеклоСиталлыЛейкосапфирУдельноесопротивление,Ом*смДиэлектрическаяпостояннаяТеплопроводность,кал/(см* с*о С)Коэффициентлинейногорасширения,10-6/о С1074,60,00273,3101410,80,075 – 0,087,5 – 7,810149,10,03 – 0,066,4101640,00360,56 – 0,61013 - 101410116,58,60,005 – 0,0090,005555Таблица 2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
