Технологические маршруты производства тонкопленочных гис

Совокупность технологических операций, составляющих технологический маршрут производства тонкопленочных ГИС , включает в себя подготовку поверхности подложки, нанесение пленок на подложку и формирование конфигураций тонкопленочных элементов, монтаж и сборку навесных компонентов, защиту и герметизацию ГИС от внешних воздействий. Важное значение при создании ГИС имеют контрольные операции, а также подготовка производства: изготовление комплекта масок и фотошаблонов, приобретение (изготовление), входной контроль компонентов ГИС и исходных материалов.

Нанесение пленок на подложку ГИС осуществляется: а) термическим испарением материалов в вакууме с конденсацией паров этих материалов на поверхность подложки; б) ионным распылением мишеней из наносимых материалов с переносом атомов мишеней на поверхность подложки; в) химическим осаждением пленок в результате протекания химических реакций в газовой фазе над поверхностью подложки с образованием пленкообразующего вещества с последующим его осаждением на подложку.

Для формирования конфигураций проводящего, резистивного и диэлектрического слоев используют различные методы: масочный (соответствующие материалы напыляют на подложку через съемные маски); фотолитографический (пленку наносят на всю поверхность подложки, после чего вытравливают с определенных участков); электронно-лучевой (некоторые участки пленки удаляют по заданной программе с подложки путем испарения под воздействием электронного луча); лазерный (аналогичен электронно-лучевому, только вместо электронного применяют луч лазера). Наибольшее распространение получили два первых способа, а также 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 (съемную маску), с определенной точностью повторяющий геометрию проводящих, резистивных или диэлектрических элементов ИМС. Принцип создания тонкопленочных элементов ГИС, содержащей конденсаторы, резисторы, проводники и пересечения пленочных проводников, показан на рис. 1, а — д. При масочном методе рекомендуется такая последовательность формирования слоев такой ГИС: напыление резисторов; проводников и контактных площадок; межслойной изоляции; второго слоя для пересечений проводников; нижних обкладок конденсаторов; диэлектрика; верхних обкладок конденсаторов; защитного слоя. При отсутствии конденсаторов исключаются операции напыления нижних и верхних обкладок конденсаторов, диэлектрика, а при отсутствии пересечений — операции напыления межслойной изоляции и второго слоя проводников. При масочном методе операции нанесения пленки и формирования конфигураций элементов выполняются одновременно. Пленка из напыляемого материала осаждается на подложке в местах, соответствующих рисунку окон в маске. В качестве материала съемной маски используют ленту бериллиевой бронзы толщиной 0,1—0,2 мм, покрытую слоем никеля толщиной около 10 мкм. Съемные маски изготавливают в отдельном технологическом процессе при подготовке производства и используют многократно.

Рис. 1. Технологический маршрут изготовления ГИС, содержащей резистор, конденсатор, проводники N навеской компонент, методом вакуумного напыления пленок через съемные маски: а — маски для напыления резистора и контактных площадок; б — поочередное напыление резистора, проводников и нижней обкладки конденсатора; в, г — напыление диэлектрика и верхней обкладки конденсатора; д — монтаж навесного компонента и присоединение проволочных выводов к пленочным проводникам.

Поскольку для обеспечения необходимой жесткости маски имеют сравнительно большую толщину, их края затеняют прилегающие к ним участки подложки. В результате коробления маски в процессе напыления пленки между маской и подложкой образуется зазор, приводящий к подпылу. Кроме того, размеры окон в маске при многократном напылении уменьшаются. Все это обусловливает меньшую точность данного метода по сравнению с фотолитографическим. С помощью съемных масок нельзя получать замкнутый рисунок (например, кольцо). Чем сложнее конфигурация пленочных элементов, тем ниже точность их изготовления.

Нанесение пленок через съемные маски осуществляют термическим испарением в вакууме либо ионно-плазменным распылением. Метод катодного распыления через съемные металлические маски не применяют, поскольку маска является экраном, искажающим электрическое поле между анодом и катодом, что может привести к прекращению процесса распыления; использование для этих целей масок из диэлектрических материалов нецелесообразно из-за низкой точности и трудности их изготовления. Несмотря на указанные недостатки, масочный метод является самым простым, технологичным и высокопроизводительным.