Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 38

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 38)

6.24, в). Сочетая давление на кристалл с повышением температуры (т.е. в сущности используя термокомпрессию), обеспечивают прочное соединение шариков со столбиками. Как видим, метод перевернутого монтажа существенно экономит площадь подложки ГИС и время, необходимое на разводку активных компонентов.

Главная трудность состоит в совмещении шариков со столбиками, поскольку кристалл при наложении перевернут »вверх ногами» и закрывает от оператора места соединения. 208 Глава 6 Телиологииеские осколы микроэлектроиикл цессе напыления.

Геометрия свидетеля известна. Поэтому, когда его сопротивление достигает значения, соответствующего необходимой толщине, напыление прекращают (перекрывают заслонку). Толщина рабочих слоев будет такой же, как у свидетеля, так как они напылялись в одинаковых условиях. Другой способ контроля состоит в использовании в качестве свидетеля тонкой кварцевой пластины, которая через внешние выводы присоединена к колебательному контуру генератора колебаний. Как известно, кварцевая пластина обладает свойствами колебательного контура, причем резонансная частота однозначно связана с толщиной пластины. В процессе напыления толщина пластины меняется и меняется частота генератора.

Изменения частоты легко измерить и остановить процесс напыления в нужный момент, Подложки тонкопленочных ГИС должны прежде всего обладать хорошими изолирующими свойствами. Кроме того, желательны малая диэлектрическая проницаемость, высокая теплопроводность„достаточная механическая прочность. Температурный коэффициент расширения должен быть близким к температурным коэффициентам расширения используемых пленок.

Типичные параметры подложек следующие: р = 1044 Омом; э = 5 — 15; Фяб = (2 — 20) 10 4 ТКЬ = (5 — 7) 10 о. В настоящее время наибольшее распространение в качестве подложек имеют силеалл и керамика. Ситалл представляет собой кристаллическую разновидность стекла (обычное стекло аморфно), а керамика — смесь окислов в стекловидной и кристаллической фазах (главные составлЯюЩие А1зОз и 3408). Толщина подложек составляет 0,5 — 1 мм в зависимости от площади. Площадь подложек у ГИС иногда больше площади кристаллов у полупроводниковых ИС.

Стандартные размеры подложек лежат в пределах от 12х10 до 9бх120 мм. Требования к гладкости поверхности примерно такие же, как и в случае кремния: допустимая шероховатость не превышает 25х50 нм (класс шероховатости 12 — 14). Обычно ГИС, как и полупроводниковые ИС, изготавливаются групповым методом на ситалловых или иных пластинах большой площади. По завершении основных технологических операций, связанных с получением пленочных пассивных элементов и металлической разводки, проводится выходной тестовый контроль и, если необходимо, подгонка параметров пассив- 210 Глава 6. Технологические основы микровлектроннки Шарики Столбики Транзистор Рнш 6.24. Монтаж бескорпусных транзисторов с шариковыми выводами: а — транзистор с шариковыми выводами; б — контактные столбики на подложке пленочной ИС; е — соединение шариков с контактными столбиками; 1 — контактные площадки на под- ложке н выводы от них Трудность совмещения контактных площадок кристалла и подложки облегчается при использовании второго варианта бескорпусных транзисторов транзистора с балочньсми вьзводами (рис.

6.25, а). Здесь контактные площадки продлены за пределы кристалла и нависают над его краями на 100 — 150 мкм, откуда и название — балки. Толщина балок (10-15 мкм) значительно больше толщины металлической разводки на кристалле. Поэтому их получают не напылением, а электрохимическим осаждением золота (с подслоем из титана). Длина балочных выводов 200 — 250 мкм (включая выступ), а ширина такая же, как у обычных контактных площадок (50 — 200 мкм). Получение балок основано на сквозном травлении кремния через фоторезистную маску, нанесенную на нижнюю поверхность пластины (рис.

6.25, 5). При сквозном травлении одновременно с получением балок достигается разделение пластины на отдельные кристаллы без механического скрайбирования. До начала травления пластина приклеивается верхней (лицевой) поверхностью к стеклу. Чтобы сократить время травления и избежать бокового растравливании пластины, ее (после приклеивания к стеклу) сошлифовывают от обычной 211 б.12. Технологии толстоплеиочвых тибриднъпз ИС Т„ з Трзнзистор Т„ т Ап Трзвитель Фоторезист б) а) Рнс. б.2б.

Бескорпусные транзисторы с балочными выводами: а — транзистор с балочными выводзм1и; б — получение балок и разделение транзисторов не пластине толщины 200 — 300 мкм до 50 мкм. По окончании травления клей растворяют и разделенные кристаллы отпадают от стекла. Монтаж навесных компонентов с балочными выводами может осуществляться так же, как и в случае шариковых выводов — методом перевернутого монтажа. При етом выступающие балки хорошо видны и их совмещение с контактными площадками на подложке не представляет затруднений, Можно монтировать кристалл и «лицом вверх», но тогда в подложке следует предусмотреть углубление для кристалла. Изготовление шариковых и балочных выводов сложнее и дороже, чем проволочных, но они обеспечивают существенное упрощение и удешевление сборочных операций и в 4 — 10 раз позволяют уменьшить площадь на подложке ГИС, отводимую для размещения навесных компонентов.

К сожалению, надежность таких соединений ниже„чем в случае использования гибких выводов. 6.12. Технология толстоиленочных гибридных ИС Пассивные элементы толстопленочных ГИС получаются локальным нанесением на подложку полужидких паст-стекло- эмалей с последующим их высушиванием и вжиганием в подложку. Следовательно, в данном случае пленки приобретают свою толщину сразу, а не постепенно — слой за слоем — как при тонкопленочной технологии. Последовательность технологических операций при нанесении толстых пленок следующая: Глава З. 'технологические основы микрозлектроиики 212 а) нанесение слоя пасты на подложку через маску — накладной трафарет (отсюда название — метод трафаретной печати); б) выжигание (испарение) растворителя при температуре 300 — 400 'С и тем самым превращение пасты из полужидкого состояния в твердое; в) вжигание затвердевшего вещества пасты в подложку— спекание — при температуре 500-700 'С (в зависимости от состава пасты).

Операция вжигания — самая ответственная в технологическом цикле; она требует высокой стабилизации температуры: с точностью ~1 'С. В основе всех паст-стеклоэмалей лежит так называемая фритта — тончайший порошок стекла, к которому, в зависимости от назначения пасты, примешивается порошок резистивного, проводящего или диэлектрического материала. Дисперсная (т.е. совершенно однородная) смесь фритты и примесного материала приобретает вязкость при добавлении специальных органических веществ и растворителей.

На этапе выжигания (см. выше) растворитель испаряется, а органические вещества связывают частицы порошка в единую компактную массу. Для проводящих паст примесью обычно служит серебро или золото, для резистивных — смесь серебра и палладия (1:1), а для диэлектрических — титанат бария с высокой диэлектрической проницаемостью. Варьируя материал и процентное содержание примесей, можно изменять электрические параметры пленок в очень широких пределах (см.

раздел 7.11). Масками для нанесения паст на подложку служат сетчатые трафареты (рис. 6.26, а). Они представляют собой тонкую сетку из капрона или нержавеющей стали, натянутую на дно рамки'. Размер ячеек сетки — около 100 мкм, диаметр нитей — около 50 мкм. Большая часть сетки покрыта пленкой, но в пленке имеются окна. Рисунок окон получают методом фотолитографии, вытравливая отверстия в пленке. Учитывая ячеистую структуру сетки, размеры окон трудно сделать менее 10 — 200 мкм. Это предопределяет минимальные размеры элементов толстопленочных ГИС и ширину линий. 1 Исходным материалом для сеток был шелк и потому методику нанесения паст через сетчатые трафареты часто называют шглкеграсгиев.

213 6.12. Технологии толстопленочиых гибридных ИС б) а) Ркс. 6.26. Метод локального нанесения пасты: а — сетчатый трафарет; б — продаалиаание пасты через трафарет; 1 — ракелеб 2 — сетка; 3 — подложка; 4 — паста Рамка с трафаретом заполняется пастой и размещается над подложкой на расстоянии 0,5 — 1 мм. После этого на сетку опускается специальный нож — ракель, который, перемещаясь вдоль рамки, продавливает пасту через отверстия в сетке (рис. 6.26, б).

Несмотря на простоту идеи продавливания, зта операция — прецизионная; на качество будущей пленки и повторяемость результатов оказывают влияние угол заточки ракеля, его наклон относительно подложки, скорость перемещения и другие факторы. Вообще говоря, сетка на трафарете не обязательна: можно продавливать пасту и через сплошные отверстия. Однако качество пленок при этом хуже, так как сетка обеспечивает более однородные слои в результате слияния отдельных «капель», прошедших через ячейки сетки. Толщина получаемых пленок зависит от диаметра нитей и размеров ячеек.

Обычно она составляет 20 — 40 мкм. К подложкам для толстопленочных ГИС предъявляются в общем те же требования, что и для тонкопленочных. Особое внимание часто уделяется повьппенной теплопроводности, так как толстопленочный вариант ГИС характерен для мощных схем. Поэтому распространены высокоглиноземистые керамики (96% А1 Оз) и бериллиевые керамики (99,5% ВеО); последние в 7 — 10 раз превышают глиноземистые по теплопроводности, но уступают им по прочности. Важная отличительная особенность подложек для толстопленочных ГИС состоит в том, что их поверхность должна быть достаточно шероховатой, чтобы обеспечить необходимую адгезию с веществом пасты. Степень шероховатости характеризуется неровностями до 1 — 2 мкм.

Характеристики

Список файлов книги