Разработка измерителя влажности (стр. 5 из 10)
Проводниковые материалы (медь, серебро) обычно осаждают на холодную подложку, что обеспечивает более высокую проводимость, а также меньшее окисление поверхности.
Резистивные материалы и материалы подслоя напыляют на "горячую подложку" (200 ...3000 С ). Этот режим обеспечивает лучшую адгезию плёнки к подложке. Изменяя температуру подложки, можно для некоторых резистивных микрокомпозиций получить отрицательное значение ТКС, что в некоторых случаях бывает необходимо.
Температура подложки и температура испарителя определяются экспериментально, по результатам исследования осаждённых плёнок. При этом учитываются и электрофизические параметры, и величина адгезии, и управляемость процессов.
Испарители
К материалам испарителей предъявляются следующие требования:
– давление паров материала испарителя должно быть пренебрежимо малым;
– между испаряемым материалом и материалом испарителя не должно быть химического взаимодействия;
– испаряемый материал и материал испарителя не должен образовывать сплавов с низкой температурой испарения;
– испаряемый материал должен хорошо смачивать поверхность испарителя.
Таблица 4.4Материалы испарителей
| Испаряемый материал | Материал испарителя |
| Al | W |
| Cu | Mo, Ta |
| Ag | Mo, Ta |
| Cr | W, Ta |
| Микрокомпозиции и сплавы РС | W, Ta |
В табл. 4.4 приведены некоторые материалы, используемые в основном для испарителей с косвенным резистивным нагревом [6].
Кроме испарителей с резистивным нагревом могут быть использованы индукционные испарители и испарители с электронным нагревом.
4.4 Методы формирования тонкоплёночных структур
Формирование элементов ГИС методом свободной маски
Данный метод получения заданной конфигурации элементов ГИС является наиболее простым. Он заключается в нанесении каждого слоя тонкоплёночной структуры через специальный трафарет (съёмную маску), с определённой точностью повторяющий геометрию элементов каждого слоя микросхемы. В масочном методе операции нанесения плёнки и формирования конфигураций элементов совмещены. Плёнка из напыляемого материала осаждается на подложке в местах, соответствующих рисунку окон в маске. Нанесение плёнок через съёмные маски осуществляется либо термическим испарением в вакууме, либо ионно-плазменным распылением. Схема процесса представлена на рис. 4.2.
В силу того, что маска имеет определённую толщину и к подложке прилегает неплотно, то возникают характерные погрешности метода:
Из рисунка также видно, что на погрешность метода влияет и толщина маски. Отсюда, к маске и её материалу должны предъявляться определённые, достаточно противоречивые требования по толщине и гибкости, а также к температурному коэффициенту линейного расширения.
Наиболее распространённым материалом является бериллиевая бронза толщиной 0,05...0,15 мм.
Метод свободной маски рекомендуется применять при мелкосерийном и серийном производстве.
Рис. 4.2 Схема напыления через маску
Метод фотолитографии
Данный метод позволяет получить конфигурацию элементов любой сложности и имеет большую точность по сравнению с масочным, но он более сложен, так как включает большее число технологических операций. При использовании фотолитографии процессы нанесения и формирования плёночных элементов разнесены во времени.
Фотолитография может быть последовательной, селективной, обратной и с использованием анодного окисления.
Метод рекомендуется использовать при массовом производстве ГИС.
Формирование элементов ГИС методом последовательной фотолитографии
Метод заключается в последовательном формировании каждого функционального слоя, разгерметизации рабочей камеры и применении фотолитографии к этому слою для оформления его рисунка.
Укрупнённая последовательность операций представлена на рис. 4.3 на примере формирования резистивно-проводниковой структуры.
На подложку 1 наносится резистивный слой 2. Затем рабочая камера разгерметизируется, наносится фоторезист 3 и производится экспонирование через шаблон 4 (рис. 4.3 а)).
Схема процесса последовательной фотолитографии
После проявления, травления и удаления фоторезиста получается структура, изображённая на рис. 4.3 б).
Затем подложка снова помещается в рабочую камеру, наносится проводниковый слой 5, вновь производится разгерметизация, нанесение фоторезиста 6 и экспонирование через фотошаблон 7 проводникового слоя (рис. 4.3 в)).
Затем производится проявление фоторезиста, травление селективным травителем проводникового слоя, удаление фоторезиста. В результате получается резистивно-проводниковая структура рис. 4.3 г).
Выполняя аналогичные операции можно получить структуру с большим количеством слоёв.
Формирование элементов ГИС методом одинарного селективного травления
В рабочей камере на подложку 1 наносится сплошной резистивный слой 2 и проводниковый слой 3 через маску (рис. 4.4 а)). После разгерметизации наносится фоторезист 4 и производится экспонирование через шаблон резистивного слоя. После проявления получаем структуру, показанную на рис. 4.4б), а после проявления селективным травителем – структуру на рис. 4.4в).
Формирование элементов ГИС методом двойного селективного травления
При методе двойного селективного травления сплошной резистивный слой 2 и сплошной проводниковый слой 3 наносятся без разгерметизации рабочей камеры. После формирования слоёв подложка вынимается из рабочей камеры и производится фотолитография проводникового слоя. Полученная структура представлена на рис. 4.5 б). Пунктиром показана защитная маска из фоторезиста, которая используется перед операцией селективного травления проводникового слоя. Затем снова наносится фоторезист, и процесс фотолитографии повторяется по резистивному слою (рис. 4.5 в) и г)).
Одинарное селективное травление Двойное селективное травление
Формирование элементов ГИС методом обратной фотолитографии
Метод основан на применении в качестве маски тонкого слоя легкотравящегося металла. Этот металл напыляется непосредственно на подложку. С помощью фоторезистивного защитного рельефа в нём формируется рисунок негативный по отношению к требуемому изображению. Фоторезист удаляется, и на металлическую маску наносится рабочий материал. При травлении материала маски, находящейся под рабочим слоем, последний удаляется с подложки, за исключением тех мест, где он осаждён непосредственно на подложку. За счёт этого получается резкий край рисунка, так как исключается эффект подтравливания функционального материала. Однако технологический процесс фотолитографии несколько усложняется.
Оценка методов формирования элементов ГИС
Оценку методов целесообразно проводить по трем показателям:
- производительность;
- точность воспроизведения рисунка элементов;
- сопротивление контактного перехода в структуре резистор-проводник (или проводник-проводник ).
Наиболее производимым следует считать метод свободной маски, так как рабочая камера может быть оборудована карусельной системой масок и позиций напыления различных материалов. Таким образом, многослойная структура элементов ГИС формируется без разгерметизации рабочей камеры, при этом сам процесс напыления и смены масок занимает очень короткое время (десятки секунд, минута).
Наименее производительным является метод последовательной фотолитографии (2 откачки, 2 фотолитографии). При этом учитывается, что откачка вместе с нагревом подложки, термостабилизацией слоя, остыванием занимает примерно 1...1,5 часа, а сама фотолитография – около 1 часа.
Таким образом, рассмотренные методы по производительности выстраиваются в следующем порядке:
1) метод свободной маски (М);
2) метод одинарного селективного травления (ОСТ);
3) метод двойного селективного травления (ДСТ);
4) метод последовательной фотолитографии (ПФ).
Наименее точным является метод свободной маски. Вслед за ним стоит метод одинарного селективного травления. Наиболее точными являются методы двойной, обратной и последовательной фотолитографии.
Наименьшее сопротивление контактных переходов получаем в методах, где нет разгерметизации рабочей камеры между формированием двух прилегающих слоёв. К ним относятся метод свободной маски, одинарного и двойного селективного травления. Наибольшее сопротивление контактных переходов получается при последовательной фотолитографии [6].
4.5 Разработка технологического процесса изготовления ГИС
Совокупность технологических операций, составляющих маршрут производства тонкоплёночных гибридных микросхем, направлена на подготовку поверхности подложки, нанесение плёнок на подложку, формирование конфигураций тонкоплёночных элементов, монтаж навесных компонентов, защиту и герметизацию изделия от внешних воздействий. В связи с этим ниже предлагается краткая структура технологического процесса изготовления ГИС (рис. 4.6). Все технологические операции по обработке подложек, формированию плёночных структур и защите микросхемы выполняются по типовым технологическим процессам согласно ОСТ 4.ГО.054.028. Особым технологическим процессом является сборка изделия [2008-00-992.06.00 СБ], [2008-00-992.07.00 СБ] и [2008-00-992.09.00]. Технологический процесс сборки во многом определяется конструкцией изделия и применяемой элементной базой. Он также зависит от объёмов производства, но в меньшей степени, поскольку определяется необходимым минимумом всех технологических операций и переходов, а объём производства влияет на степень автоматизации, механизации и организации производства.