|
В настоящие время в отечественной и зарубежной практике изготовление пассивной части ГИС применяются тонкоплёночные и толстоплёночные технологии. Доля толстоплёночных схем в общем объёме производства ГИС составляет около 80%. Такое преобладание толстых плёнок над тонкими связано в первую очередь с тем, что основной метод толстоплёночной технологии – метод трафаретной печати – позволяет применять высокопроизводительное автоматизированное оборудование и обеспечивать получение надёжных пассивных элементов. Существенным недостатком метода трафаретной печати является его сравнительная низкая разрешающая способность (150 –200мкм). Достоинством же тонкоплёночной технологии является возможность получения прецизионных пассивных элементов с высокой разрешающей способностью (5 – 10 мкм). Основным методом тонкоплёночной технологии являются вакуумное испарение, катодное распыление и химическое осаждение. Недостатками этих известных способов получения тонкоплёночных пассивных элементов являются: - необходимость использования дорогостоящих и громоздких вакуумных установок; - необходимость привлечении для работ высококвалифицированных специалистов; - низкая устойчивость тонкоплёночных элементов к внешним эксплуатационным воздействиям, из-за чего тонкоплёночные элементы приходиться защищать вакуумплотными корпусами. Из вышеизложенного ясно, что применение вакуумной технологии не всегда оправдано из–за сложности оборудования и дороговизны производства. Кроме того, применение тонких плёнок в схеме повышенной мощности невозможно из-за малой толщины проводящих слоев (от нескольких сот до нескольких тысяч ангстрем). Разработка метода получения проводниковых и резистивных слоёв толщиной от 1 до 2,5 мкм с высокой разрешающей способностью метода фотолитографии с одной стороны, и простотой изготовления, присущей толстоплёночной технологии, с другой стороны, позволит значительно расширить области применения гибридной технологии. В результате длительных исследований был разработан метод получения пассивных элементов ГИС из растворов металлоорганических соединений (МОС). Сущность его состоит в том, что раствор органических производных металлов наносится на диэлектрическую подложку методом полива с последующим центрифугированием, высушивается на воздухе и вжигается при температурах 500-900 оС. В результате термообработки на диэлектрической подложке образуется сплошная проводниковая или резистивная пленка, из которой методом фотолитографии формируются проводниковые или резистивные элементы с четким рисунком и высокой разрешающей способностью. Исходными веществами для получения пленочных элементов являются абиетат серебра и резинат висмута. Абиетат серебра был синтезирован методом осаждения из гомогенного раствора “смоляного мыла” нитратом серебра и исследован методами элементного анализа, ИК – и ЯМР – спектроскопии. Установлена его формула С19Н29СООAg и предложен химизм образованию. При нагревании на воздухе абиетат серебра при 450 – 460 оС . Резинат висмута, имеющейся в рабочем растворе образует при разложении оксид висмута Bi2O3, играющего роль флюсующего агента и прикрепляющего серебряную пленку к диэлектрической подложке. Толщина проводниковых слоев при однократном нанесении после термообработки при 800 оС колеблется от 0,3 до 0,5 мкм в зависимости от вязкости рабочего раствора. После повторного нанесения раствора и термообработки при 600 оС проводниковая пленка имеет толщину 1-2,5 мкм. Из сплошной серебряной пленки методом фотолитографии формируются проводниковые элементы и микрополосковые линии (рис. 1) с удельным поверхносным сопротивлением 0,0025 – 0,0035 Ом/ квадрат и адгезией 45-65 кг/см2.
Рис. 1
Внешний вид подложек с микрополосковыми
линиями задержки
Проверка точности воспроизведения топологии рисунков, полученных по описанной выше методике, показала, что точность воспроизведения не хуже, чем при тонкопленочной фотолитографии. Потери электромагнитной энергии в образцах, изготовленных по разработанному методу, значительно меньше, чем в образцах, изготовленных по толстопленочной технологии. Разработанный метод изготовления проводниковых пленочных элементов из растворов МОС дает возможность по весьма простой схеме получить проводниковые элементы с четким рисунком и высокой разрешающей способностью, определяемой процессом фотолитографии. Наряду с разработкой способа получения проводниковых плёночных элементов, был также разработан оригинальный метод получения резистивных пленочных элементов из растворов МОС. Отличительной особенностью разработанного метода является использование только двух компонентов: органических растворов терпенсульфата рутения и резината висмута. Сущность получения резистивных плёночных элементов из растворов МОС состоит в следующем. Растворы терпенсульфата рутения и резината висмута, взятые в определенных соотношениях, тщательно перемешиваются до образования гомогенного раствора, который наносится на обезжиренную ситалловую подложку методом полива и последующего центрифугирования. Полученная на подложке пленка высушивался на воздухе в течение 10 -15 мин и вжигался при 600 – 950 оС в течение 5 – 15 мин. В результате термо обработки получалась очень гладкая блестящая резистивная пленка, прочно скрепленная с подложкой. Проводимость этой пленки обеспечивает рутенат висмута, который синтезируется из исходных компонентов непосредственно на подложке в результате термообработки по реакции: 2RuO2 + Bi2O3 = Bi2Ru2O7, а роль флюса выполняет сверх стехиометрический Bi2O3, образующийся из резината висмута. Рентгенофазовый анализ полученных резистивных пленок показал наличие в них только двух фаз: рутената висмута с пиро-хлорной структурой и оксида висмута Bi2O3. Разные соотношения в рабочем растворе по отношению к образующемуся Bi2Ru2O7 дают различные удельные сопротивления возжжённых пленок. Из полученных на ситалловых подложках резистивных пленок методом фотолитографии изготавливались резисторы необходимой формы и размеров с удельным поверхностным сопротивлением 5*102 – 3*105 Ом/квадрат, в зависимости от избытка оксида висмута в рабочем растворе сверх стехиометрического его количества, необходимого для образования Bi2Ru2O7. Для провидения процесса фотолитографии использовался позитивный фоторезист ФП-383, а в качестве травителя пленок рутената висмута – “царская водка”, насыщенная фтористым аммонием. На рис.2 изображена подложка с пассивной частью микросхем, выполненной на основе разработанного метода. Четкость рисунка резистивных элементов сомнения не вызывает.
Рис. 2
Внешний вид пассивной части микросхем с резисторами,
полученных из растворов МОС
Разработанный метод получения резистивных пленочных элементов из растворов МОС открывает возможность изготавливать как постоянные, так и переменные (из-за абсолютно гладкой поверхности) резисторы по простой и дешевой технологической схеме. Получаемые резисторы обладают повышенной стойкостью к восстановительной атмосфере, высокой термостабильностью и достаточно широким диапазоном удельных поверхностных сопротивлений. Использование фотолитографии при получении резистивных пленочных элементов дает возможность получать топологические рисунки резисторов практически любой конфигурации.
|
|