Металлические пленки для интегральных микросхем

Металлические пленки для ИС

Как вам стало уже понятно, в настоящее время на практике используются два принципиально отличных варианта производства ИС и микросборок: тонко- и толстопленочный.

					Тонкопленочный (получение из паровой, ионно-плазменной или газовой фазы)
	Варианты метода производства ИС и микросборок
					Толстопленочный (нанесение мелкодисперсных паст через сетчатый трафарет с последующим спеканием)

Тонкопленочная технология обеспечивает более точные размеры элементов, однако сложнее и поэтому дороже толстопленочной.

В технологиях п/проводниковых ИС осаждение тонких пленок металлов используется как правило для создания коммутации и создании контактных площадок, а также резисторов, конденсаторов и т.п.

Очевидно, что конфигурация пленок определяется конструкцией ИС и заданными значениями их электрофизических параметров.

Параметры пленок изменяются в широком диапазоне в зависимости от её состава и условий осаждения. Наиболее важная характеристика - r.

Так, например, может наблюдаться три области изменения удельного сопротивления r как функции толщины d.

d ³ 0,1 мкм Þ r » r_Ме (массивного образца)

d » 10^-2 мкм Þ r > r_Ме

d ≤ 10^-3 мкм Þ r - очень большое

Схематично данная ситуация изображена на графике для пленки нихрома в зависимости от ее толщины и концентрации Ni.

Для приближенного вычисления удельного сопротивления пленки используют соотношение:

r = r_Ме (1+А/d), А = const (определяется экспериментально)

Если же пленка априори считается однородной то ее сопротивление есть

R = r_пл l/S = r_плl/(bd)

Где l, b, S – длина, ширина и площадь сечения пленки.

При l = b (т.е. квадратное сечение) R = r_пл/d = r_s –поверхностное сопротивление Ом/см.кв.

В случае если необходимо получить резистивный элемент, то он должен обладать максимальным сопротивлением

R_max = ½ r_s/b (S_k – S_o)

S_k – общая площадь пластины; S_o – площадь пластины, занятая другими компонентами;

Обычно экспериментальное значение Rmax несколько меньше расчетного за счет контактных площадок и зазоров.

Технология коммутационных элементов ИС

Применяемые для внутрисхемной коммутации ИС проводящие пленки должны отвечать ряду требований:

-  высокая теплопроводность

-  адгезия к подложке

-  коррозионная стойкость

-  термоустойчивость

-  не рекристаллизуется под воздействием высоких температур

-  совместимость с другими элементами ИС.

Обычно для токоведущих дорожек используются такие хорошие проводники как золото, медь, серебро, алюминий и т.д.

Наиболее токопроводящим является серебро, но оно практически не используется из-за высокого коэффициента поверхностной диффузии и электролизации, которые при эксплуатации вызывают закорачивание соседних проводников.

Медь широко применяется в качестве материала для коммутации элементов ИС, особенно для изготовления микрополосковых СВЧ – линий. Однако низкая адгезия к керамическим и стеклянным подложкам + высокая окисляемость поверхности создают трудности при подсоединении внешних выводов. Поэтому медь используется только в составе многослойных проводников и контактных площадок. В качестве адгезионного подслоя меди используют хром, титан ванадий. Для таких пленочных структур длительные термические воздействия в диапазоне температур 100…600 ^оС не оказывают влияния на электрические свойства. В качестве защитного покрытия для Cr-Cu, Ti-Cu и V-Cu структур служат NI и Au, которые позволяют присоединять внешние выводы сваркой или пайкой.

Золото с адгезионным подслоем наиболее полно удовлетворяет требованиям однослойной коммутации, так как выдерживает высокие температуры обработки на воздухе и обеспечивает высокое качество соединения с внешними выводами практически любым способом. При использовании золота в контакте с другими металлами необходимо при подборе учитывать их взаимную диффузию с образованием твердых растворов или интерметаллических соединений, обладающих неблагоприятными