Отчет по практике: Технологические процессы микросборки плат
Такая технология изготовления ИС, при которой пассивные и активные элементы создаются по двум не зависимым друг от друга циклам, приводит к ряду преимуществ, которые обусловили широкое применение и использование ГИС. Гибридные ИС характеризуются простотой изготовления, малой трудоёмкостью, непродолжительностью производственного цикла и в силу этого низкой стоимостью.
Многоуровневое расположение пассивных элементов и использование в качестве активных элементов полупроводниковые ИС расширяют возможности схемотехнической разработки при создании БИС.
Технология изготовления тонких и толстых плёнок позволяет создавать прецизионные резисторы и конденсаторы, в силу чего гибридная технология предпочтительнее в схемах с повышенной точностью пассивных элементов.
Интегральные микросхемы, работающие в СВЧ диапазоне также создаются по гибридной технологии. При этом исключается трудности связанные с изоляцией элементов толстыми диэлектрическими слоями, неизбежной, если СВЧ ИС выполняется как полупроводниковая.
Толстоплёночную технологию целесообразно использовать при разработке мощных ИС, работа которых сопровождается большим выделением тепла.
3.2 Получение тонких плёнок
В современной технологии изготовления интегральных микросхем тонкие пленки (толщиной до 5 мкм) нашли широкое применение и выполняют разнообразные функции. В полупроводниковых ИС тонкие диэлектрические пленки используются как маскирующие покрытия для получения локализованных легированных областей.
В тонкопленочных ИС на основе самих пленок образуются пассивные элементы. При этом применяются тонкие пленки из материалов с высокой электропроводностью, диэлектрические и резистивные пленки. Тонкие диэлектрические пленки создают диэлектрическую изоляцию между различными слоями в схемах многоуровневой металлизацией. Нанесённые на поверхность готовой схемы, они защищают от механических повреждений. Тонкие плёнки металлов связывают между собой активные и пассивные элементы, образуют контактные площадки. Кроме того, в полупроводниковой и тонкоплёночной технологии плёнки используются как технологические элементы в процессе изготовления схем, например, в качестве контактных масок при диффузии и напылении. Существует множество методов получения тонких плёнок: термическое окисление кремния, термическое вакуумное напыление, ионно-плазменное напыление и т.д. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки.
3.3 Формирование диэлектрических слоёв
Формирование диэлектрических слоев может происходить вследствие прямого химического взаимодействия компонентов окружающей (технологической) среды с атомами обрабатываемой подложки – структуры и как результат "принудительного" осаждения материала из внешней атмосферы при пиролизе, ионно-плазменном, плазмохимическом или ином методе активации образования новой фазы. Первый тип реакций характерен для системы Si – SiO2 активное взаимодействие кремния с кислородом обусловливает наличие на монокристаллах кремния естественного слоя диоксида толщиной (2-5) нм. Реакции второго типа позволяют формировать диэлектрические слои (например SiO2) не только на кремнии, но и на кристаллах других полупроводников, не имеющих собственных окислов с хорошими маскирующими свойствами, в частности Gе, GаАs и др.
3.3.1 Осаждение тонких плёнок в вакууме
Вакуумное напыление - относительно простой метод, который при выполнении определенных условий позволяет получать тонкие пленки различных материалов высокой чистоты и заданного структурного совершенства. Процесс заключается в генерации потока частиц, направленного на подложку, их конденсации и образования последовательности слоев пленочного покрытия (Рисунок 3).
Рисунок 3 – Схема термического испарения в вакууме: 1- колпак; 2 - нагреватель; 3 - подложкодержатель; 4 - подложка; 5 - заслонка; 6 - испаритель; 7 - уплотнительная прокладка; 8 - опорная плита установки
3.3.2 Ионное (катодное), ионно-плазменное, магнетронное и ионно-термическое распыления
При ионном процессе осаждения тонких пленок напыляемый материал используется в качестве катода в системе с тлеющим разрядом в инертном газе (Аг или Хе) при давлении 1-10 Па и напряжении в несколько киловольт.
Подложка, на которую напыляют пленку, располагается на аноде. Положительные ионы газа, возникающие в разряде, ускоряются по направлению к катоду и достигают его с большой энергией; ее возрастание происходит в прикатодной области (рисунок 4).
Рисунок 4 –. Схема ионного (диодного или двухэлектродного) распыления: 1- колпак; 2 - распыляемая мишень; 3-подложка; 4- подложкодержатель (анод); 5 - столб положительного заряда
В результате ионной бомбардировки материал катода (мишень) распыляется в основном в виде нейтральных атомов, но частично и в виде ионов. Распыленное вещество конденсируется на всей внутренней поверхности рабочей камеры, включая подложку - анод.
Достоинством диодного метода ионного распыления по сравнению с термовакуумным является то, что большая площадь мишени позволяет получать равномерные по толщине пленки на подложках любого диаметра, это обеспечивает реализацию группового автоматизированного метода осаждения слоев. Наряду с диодными существуют триодные системы, называемые также ионно-плазменными (Рисунок 5).
Рисунок 5. Схема триодного распыления: 1- колпак; 2 - катод - мишень; 3 - подложка; 4 - анод; 5 - термокатод
Магнетронные системы ионного распыления - это усовершенствованные диодные, в которых в прикатодной области, наряду с электрическим, существует кольцеобразное магнитное поле, и эти поля направлены перпендикулярно друг другу (Рисунок 6).
Рисунок 6 - Схема движения зарядов в (а) диодной и (б) магнетронной системах
Основными достоинствами этого метода осаждения металлов, полупроводников и диэлектриков являются высокая скорость напыления пленок с хорошей адгезией с подложками и минимальными загрязнениями фоновыми примесями.
Метод ионно-термического испарения - это комбинация термически стимулированного испарения вещества и ионного распыления, реализуемая в нескольких вариантах:
1) резистивное или электронно-лучевое испарение вещества с последующей ионизацией его паров в плазме рабочего газа;