Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 18
Текст из файла (страница 18)
2.48) и с контактным слоем. При использовании в качестве контактных слоев платины, палладия, иридия наличие адгезион- 76 ных слоев обязательно. Материалами адгезионных слоев могут быть титан, молибден, хром и другие переходные металлы. Естественно, когда эти материалы используются в качестве контактных слоев, они же одновременно выполняют функции адгезионного слоя.
Проводящий слой, наносимый поверх контактного и адгезионного, должен выполнять основные функции разводки, иметь низкое удельное сопротивление, обеспечивать надежное контактирование с внешними выводами микросхемы В качестве материалов проводящего слоя естественно назвать золото, алюминий, серебро, медь. Однако два последних металла не используют в производстве микросхем из-за их большой миграционной подвижности и отрипательного влияния на характеристики элементов, Сочетания слоев из Мо, Сг, (к)1, Т! с Аи и А! нестабильны при повышенных температурах из-за образования плохо проводящих электрический ток интерметаллических соединений на гранипс раздела пленок этих металлов, а также не обеспечивают защиты кремния от проникновения в него золота диффузионным путем. Поэтому в многослойных системах разводки предусматривают буферный слой (рис.
2.47), который предотвращает образование интерметалличсских соединений между верхним и нижним слоями, например между хромом и золотом, титаном и золотом, препятствует диффузии металла одного слоя в другой, приводящей к ухудшению механической прочности и изменению сопротивления контакта. В качестве буферного слоя применяют молибден, никель, платину, палладий. Последним из наносимых на интегральную микросхему, в том числе на металлизацию, слоев является диэлектрический защитный слой (см.
рис. 2.47), который обеспечивает ее защиту от внешних воздействий в межоперациоиный период в процессе присоединения выводов и размещения в корпус. Поверхностный проводящий слой благородного металла (золота, например) сам выполняет защитные функции. Наилучшими эксплуатапионными свойствами обладают трехслойные системы металлизации: титан — платина — золото, титан — молибден — золото, силипид платины (Р15!) — платина— золото и четырехслойные: хром — титан — платина — золото. Пос6 4 4 у з 2 2 Ркс.
йсйт. Коггсгрукцкя контактного узла с использованием многослойной разводка: Г- рмнмес й окисел; р- ион актива слой; й— алмаио мй слой, Л вЂ” бгфернмй слой. б — проволи ний оаоиг б — слой аашнгного аиелекгрнка Ркс. 2.48. Конструкцкя контактного узла с многоуровневой многослойной разводкой: ! — ленке ермнмеснн крашенного окисла кремнии, 2 — слав мол олене, 3 слав волоса; б— слой ваналии, б.. оло ой пленоквмй проволннк вгорог р нн, б — сплогн а пленка ос «лепного окисла «ремнин ил с сила 79 Рнс. 2,49.
Кснструтщнн контактных площадок в мнкросхе- ме с нзолнцней элементов р-и переходами: ! — контактная клошаака, р . тсрннчсскнх окнссл; 3 в ннмнронанная область иоа онта тнав ило~иалкох ледняя система металлизации обеспечивает хороший воспроизводимый омический контакт к кремнию и рассчитана на сравнительно большие плотности тока. Слой титана имеет хорошую адгезию к хрому и платине и служит для их прочного сцепления.
Слой платины применяется для улучшения адгсзии пленки золота к титану, а также в качестве барьера против эррозии золотого покрытия. Золото имеет высокую электропроводность и обеспечивает наилучшие возможности для качественного подсоединения внешних выводов с помощью золотых проволочек. В связи с необходимостью экономии драгоценных металлов разрабатываются системы многоуровневой металлизации, не содержащие золота и платины, такие как К — Ке, % —.)ч5, (ч( — Ъ, Ке — Т(, Ке — Нд, К — Ъ вЂ” Ке, (ч( — КЬ вЂ” Ке, (х(1 — -Кс — Мо. В современных высоконадежных БИС и СБИС система металлизации является многоуровневой и многослойной.
Такая система металлизации, представленная на рис. 2.48, состоит из слоев Мо — Ац— — 'тг — Ац. Молибден служит контактным слоем к кремнию, адгезионным слоем к 5)Ох и барьерным слоем между золотом и кремнием. Лежащая поверх молибдена пленка золота является проводящим слоем нижнего уровня металлизации, пленка ванадия — адгезионным слоем к пленке золота и к межуровневому изолируюцгему диэлектрику В)Ог и, наконец, пленка золота — проводящим слоем веРхнего уровня разводки и одновременно заьцитным слоем. При конструировании многослойной многоуровневой разводки особое внимание уделяют правильному выбору материалов контактирующих друг с другом слоев (для исключения образования гальванических элементов, интерметаллических соединений и пр,), а также б выбору соотношения толшин слоев разводки, методов и режимов их нанесения с целью получения разводки с высоким уровнем электропроводности, малыми внутренними напряжениями и согласованными коэффициентами термического расширения.
Типичные значения тол1цин таковы: контактный и адгезионный слой 0,03... ...0,25 мкм, проводящий буферный слой 0,15...0,20 мкм, проводящий слой 0,5...1,0 мкм. Контактные площадки. Контактная площадка интегральной полупроводниковой микросхемы — это металлизированный участок на кРисталле, служащий для присоединения внешних выводов, а также для контроля ее электрических параметров. Контактные площадки располагают, как правило, по периферии полупроводникового кристалла, Они представляют собой расширенные области коммутационных пленочных проводников и формируются одновременно с развод- кой.
С целью предотвращения замыканий контактных площадок на подложку в случае нарушения целостности окисла в процессе присоединения внешних выводов (рис. 2.42, рис, 2.44, рнс, 2.49) под каждой контактной площадкой формируется изолированная область (за исключением площадок, имеющих контакт с подложкой), Внешние выводы микросхем. Для соединения контактных площадок кристалла с выводами корпуса или контактными площадками коммутационных плат используют гибкие проволочные или жесткие (шариковые или столбиковые) выводы, а также балочные и паучковые выводы. К конструкции выводов предъявляется ряд требований: малое и стабильное электрическое сопротивление самого вывода и контактов, высокая механическая прочность и виброустойчивость, высокая антикоррозионная стойкость и совместимость материалов, входящих в конструкцию вывода, по их физическим (термический коэффициентлинейного расширения, малые коэффициенты диффузии материалов друг в друге и др.) и химическим (отсутствие интер- металлических соединений, хорошая адгезионная способность) свойствам, возможность применения групповых методов изготовления выводов и автоматизированной сборки микросхемы в корпус или на комм ута ци он ную пл агу.
Гибкие выводы изготавливают из золотой или алюминиевой проволоки Я 25...50 мкм. Золотая проволока позволяет получать высококачественные электрические соединения методом термокомпрессии или пайки (рис. 2.50). Для контактирования алюминиевых проволочек используют ультразвуковую пайку. Алюминиевые проволочки характеризуются пониженной механической прочностью, Жесткие выводы (шариковые, столбиковые, балочные) в большинстве случаев имеют многослойную конструкцию (рис. 2.51). Нижний слой обеспечивает качественный контакт с контактной площадкой или полупроводниковой областью и хорошую адгезию к изоляционному материалу на поверхности кристалла, верхний слой — высокую проводимость вывода, качественный контакт к контактным площадкам коммутационной платы и антикоррозийную защиту, а промежуточныс слои выполняют роль барьера, устраняющего нежелательные взаимодействия между материалами слоев, ве- Рнс.
2 бо. Гибкие проволочные выводы микросхемы, присоединенные к крнствллу н внешним выводам корпуса методом термокомпресснн 79 у( УВ У В 7 В У г а) Рис. 2.б!. Конструкции жестких выводов микросхем: а — шар козий в зал, б — с албнкавый вывод,  — балокн й вывод; ! — монакрнеталлн есннй кремннй; 2 пленка терм ~еекн выращенного 5юг; 6 — алюмннневый провод-' ннк; 6 — заш т а евай бороснлпкатного е егша нл пленка осамленного нз газовой (зазы 5юн 6 — кон.
актный н алгезнонный слон тром (о), молнбде а (6), титана нлн тантала (а); 6 — буферные слои медн (и), мед л серебра (6), молнбдша (а), ! — слой золота, 6 — слон прмпон (а); р — медный шврнк (а); золо ай . н мед ый столбик (6), (6.. слой пнкел»; ((. слой золоти дущие к образованию интерметаллических соединений. Для улучшения качества пайки применяют покрытие припоями. Жесткие шариковые выводы формируют следующим образом.
После создания алюминиевых контактных площадок кремниевую пластину покрывают слоем боросиликатного стекла толщиной 1,5 мкм . (рис. 2.51, а), в котором с помощью фотолитографии над контактными площадками формируют окна, в которых поверх алюминия напыляют многослойную систему хром — медь -- золото — припой (оловянно-свинцовый). Пластины помещают в гнезда кассеты, и на под- ' готовленные контактные площадки помещают медные шарики, ' покрытые двойным слоем никеля и золота. Кассета с пластиной нагревается в атмосфере водорода, и шарики напаиваются на контактные площадки.
Основную сложность представляет изготовление микро- шариков и сборка кассеты. Столбиковый вывод (рис. 2.51, б) изготавливают из золота или меди, которую покрывают слоем серебра и оловянно-свинцовым припоем. При сборке кристаллы с шариковыми и столбиковыми выводами устанавливают лицевой стороной (сторона с элементами, коммута- . ционными проводниками и выводами) к контактным площадкам коммутационной платы. Высота шариковых и столбиковых выводов 35... ...40 мкм. Недостаток такого метода установки кристаллов микросхем (метод перевернутого кристалла) — отсутствие возможности проконтролировать качество сборки и затрудненный отвод тепла от кристалла.
Этих недостатков лишены конструкции с балочными и паучковыми выводами (рис. 2.51, в, рис. 2.52). Для изготовления балочных выводов в одном из вариантов используют трехслойную систему Т) — Р1 — Ац. Балочный вывод имеет толщину 10...15 мкм, ширину около 100 мкм и длину за пределами кромки кристалла !50...200 мкм.
Расстояние между балочными выводами на периферии кристалла 100...200 мкм. Балочные выводы ао рис. 2-52 Конструкпия кристалла микросхемы с паучксшыми выводами, его монтаж и сборка на коммутационаой плате: «рнеталл, 2 — гнбкан лента н мигель, 6 — вы. зд; 6 — контактна» площадка коммУтанноннпй нлаты позволяют осуществлять простой визуальный контроль качества установки кристаллов лицевой стороной к контактным площадкам коммутационной платы. При этом су(цественио упрощается технологический процесс группового монтажа кристаллов при сборке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
