Нанесение тонких пленок
Процесс нанесения тонких пленок в вакууме состоит в создании потока частиц, направленного в сторону подложки, и последующей их конденсации с образованием тонкопленочных слоев на покрываемой поверхности.
Полученные тонкопленочные покрытия подвергаются дальнейшей обработке с целью формирования из них функциональных элементов электронных приборов и интегральных микросхем.
Подложки гис
Подложки ГИС являются диэлектрическим и механическим основанием для пленочных и навесных элементов и служат теплоотводом. К конструкции и материалу подложек предъявляют ряд требований, вытекающих из необходимости обеспечения заданных электрических параметров, особенностей технологии изготовления пассивных элементов.
Материал подложки должен обладать следующими свойствами и характеристиками:
Высокими сопротивлением изоляции и электрической прочностью; низкой диэлектрической проницаемостью и малым тангенсом угла диэлектрических потерь.
Большим коэффициентом теплопроводности для эффективной передачи теплоты от тепловыделяющих элементов (резисторов, диодов, транзисторов) к корпусу микросхемы.
Достаточной механической прочностью, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами как в процессе изготовления микросхемы (разделение на платы, сварка, пайка, установка подложки в корпус и т. д.), так и при ее эксплуатации в условиях термоциклирования, термоударов и механических воздействий.
Высокой химической инертностью к осажденным материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов, обусловленной физико-химическими процессами на границе раздела пленка-подложка.
Устойчивостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок, при электрохимической обработке и химическом осаждении пленок.
Стойкостью к воздействию нагрева в процессе нанесения тонких пленок и термообработки толстых пленок.
Способностью к механической обработке (полировке, резке).
Материалы подложки и нанесенных на ней пленок должны иметь незначительно различающиеся температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для обеспечения достаточно малых механических напряжений в пленках, вызывающих их отслаивание и растрескивание.
Для маломощных ГИС применяют бесщелочные боросиликатные стекла С41-1 и С48-3, а также ситаллы. Химический состав некоторых стекол для подложек приведен в таблице.
По сравнению с ситаллами стекла имеют меньшую теплопроводность, что не позволяет использовать их при повышенных уровнях мощности.
Ситаллы имеют ряд преимуществ перед стеклами. Они хорошо обрабатываются, выдерживают резкие перепады температуры, обладают высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаемы, а по механической прочности в 2—3 раза прочнее стекол. Для мощных ГИС применяют керамику «поликор», а для особо мощных ГИС — бериллиевую керамику, имеющую очень высокую теплопроводность. Структура материала подложки и состояние ее поверхности влияют на параметры пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как микронеровности уменьшают толщину резистивных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14-му классу чистоты. Толстые пленки имеют толщину 10—-50 мкм, поэтому подложки для тостопленочных ИМС могут иметь микронеровности до 1-2 мкм, что соответствует 8-10-му классам чистоты. Для обеспечения хорошей адгезии пасты к подложке высота микронеровностей должна быть 50—200 нм.
Недостатком наиболее распространенной дешевой керамики 22ХС является большая шероховатость поверхности, затрудняющая получение воспроизводимых номиналов тонкопленочных элементов. Увеличение класса чистоты обработки поверхности путем нанесения слоя легкоплавкого бесщелочного стекла .приводит к значительному уменьшению теплопроводности. По этой причине керамику 22ХС используют только для толстопленочных ГИС. Эта керамика имеет высокую температуру размягчения, что необходимо для осуществления высокотемпературного вжигания паст толстопленочных элементов при температурах до 900° С.
В тех случаях, когда требуется обеспечить хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жесткость конструкции, применяют металлические подложки: алюминиевые, покрытые слоем анодного оксида, или эмалированные стальные. Габаритные размеры подложек стандартизованы. Обычно на стандартной подложке групповым методом изготавливают несколько плат ГИС (платой называют часть подложки с расположенными на ее поверхности пленочными элементами одной ГИС). Деление самой крупной стандартной подложки 96Х120 мм на части, кратные двум, трем, позволяет получить типоразмеры подложек, предназначенных для производства ГИС как в стандартных корпусах, так и для бескорпусных. Толщина подложек составляет 0,35—0,6 мм. Размеры подложек имеют только минусовые допуски в пределах 0,1—0,3 мм.