Электронно-лучевая технология

Метод применяется для формирования пассивной части ГИС и МСБ с помощью электроннолучевой гравировки. Сначала на керамику напыляют резистивные и проводя­щие слои, потом проводят фрезерование с помощью электронного луча. Метод позволяет автоматизировать процесс и целесообразен для получения резисторов высокой точности.

Танталовая технология

Пленки из тантала являются исходным материалом для формирования выводящих емкостных и резистивных элементов.

Преимущества:

§ резисторы и конденсаторы могут быть получены на основе одного материала, что упрощает технологию и стоимость;

§ при анодировании пленок тантала получается диэлектрик для конденсаторов, защитный слой для резисторов и, кроме того, возможна корректировка сопротивлений резисторов;

§ пленка Та₂О₅ обладает высокой диэлектрической прочностью, высоким значением диэлектрической проницаемости, невосприимчивостью к влажности и высокой добротностью;

§ танталовые резисторы и конденсаторы стабильны и надежны во времени;

§ тантал относительно других мало восприимчив к радиации;

На основе метода можно получить 3 вида конденсаторов:

Ø Та – Та₂О₅ – Аи – высокая диэлектрическая прочность;

Ø Та – Та₂О₅ – Ni – пониженная чувствительность к влаге;

Ø Au – Та₂О₅ – Al – низкое сопротивление обкладок;

По танталовой технологии невозможно изготовление многослойных структур, так как при фотолитографии верхнего контактного слоя будет нарушена геометрия нижних танталовых слоев.

Формирование схемы по танталовой технологии:

1) нанесение тантала;

2) фотолитография (1);

3) нанесение алюминия (2);

4) фотолитография (3);

5) анодирование, покрытие фоторезистом (4);

6) осаждение алюминия методом термического испарения (5);

7) фотолитография – получение верхней обкладки конденсатора (6);

8) нанесение фоторезиста марки ФН-103 (защита);

9) фотолитография – нанесение защитного слоя;

 

Пассивные элементы тонкопленочных ГИС

 

Тонкопленочные резисторы

, где

r₀ – удельное объемное сопротивление;

R₀ – удельное поверхностное сопротивление квадрата поверхности Ом/м²;

Кф – коэффициент формы;

 

Типичные параметры плёночных резисторов:

Тип резистора	Rо, Ом/Кв	Rтах, ОМ	Rтin, ОМ	d, %		ТКС- 10^-4/С°	DR(t), % при 70°С на 1000ч
				б/пдг	с/пдг
Тонко плёночный	10 - 30000	10^6	10	±5	±0,05	0,25	0,005
Толсто плёночный	5 - 10^6	10^8	0,5	±15	±0,2	2	0,05

 

Материал: хром, нихром, рений, тантал, нитрид тантала, кермет.

 

Стабилизация параметров резисторов осуществляется с помощью термообработки (отжига в вакууме или на воздухе) или термотоковой обработки. После проведения по­добных операций устраняются дефекты тонкоплёночной структуры, так как структура распыляемого образца отличается от структуры напылённого резистора.

Необходимость подгонки обусловлена:

1. Погрешностью воспроизведения электрофизических и геометрических пара­метров плёночных резисторов.

2. Требуемой функциональной точностью выходных параметров ГИС и МСБ.

Различают групповую и индивидуальную подгонку. Групповая подгонка - метод, с помощью которого изменение электрофизических свойств плёнки осуществляется по всей рабочей зоне резистора. Для данного метода можно использовать термообработку электронным лучом и анодное травление.

Сущность индивидуальной подгонки заключа­ется в изменении свойств и толщины плёнки (термотоковой обработкой, обработкой лу­чом лазера, анодным и химическим окислением), а также изменении контура самого ре­зистора (с помощью вращающегося алмазного бора, электроискровым испарением и т.д.).

Распространение получила специальная форма резисторов, позволяющая осуществлять подгонку путем перерезания или замыкания контактных перемычек.

 

Тонкоплёночные конденсаторы

Тонкоплёночные конденсаторы, используемые в МСБ, состоят из двух плёночных металлических обкладок и диэлектрического слоя между ними. Иногда в качестве кон­денсаторов используют пересечение проводников. Также можно встретить гребенчатые конденсаторы.

, где С₀ – удельная емкость.

 

В качестве материала обкладок чаще всего применяется алюминий, так как другие материалы (золото, серебро) имеют низкую адгезию и высокую миграционную способность. Типичные параметры плёночных конденсаторов:

Материал обкладки	Материал диэлектрика	Со, пФ/мм^2	Сmax, нФ	d, %	ТКЕ, % / °С	Q (10Гц)	Eпр В/мкм
Аl	Si0	60-100	1500	±15	0,2	200	50-100
А1+Ni	А1203	1500	4-10^4	±15	0,03	30	<500
Аl	GеО	100-200	3000	±15	0,15	200	10-50
Та+Ni, Та	Та2O5	4000	10^5	±15	0,02	30	<500
Толстоплёночные		30	10^4	±20	0,05-0,15

Стабилизация параметров тонкоплёночных конденсаторов осуществляется термо­обработкой или посредством импульсной электрической тренировки, путем подачи последовательности прямоугольных импульсов в результате чего происходит «залечивание» слабых мест в конденсаторе (применяется как в процессе напыления, так и после изготовления).

Подгонка выполняется методом им­пульсного разряда, выжигающего слабые места в диэлектрике, а также выжиганием лу­чом лазера части верхней обкладки для понижения ёмкости. Осуществление подгонки сопряжено с трудностями, обусловленные трехслойной структурой, то есть возможностью закорачивания обкладок по торцу вдоль граница удаляемого участка. Механическое удаление верхнего слоя (или его испарение) трудно контролировать в виду разрушения диэлектрика.

Тонкопленочный конденсатор является наиболее ненадежным функциональным элементом пассивной части МСБ вследствие несовершенства диэлектрического слоя и наличия ослабленной зоны под выводы верхней обкладки в месте излома диэлектрика над границей нижней обкладки.

 

3. Тонкоплёночные индуктивности

Выполняются в виде спирали, чаще всего из золота. Ширина проводящего слоя - 30 - 50 мкм, ширина просвета - 50 - 100 мкм. Данные индуктивности имеют от Зх до 5ти витков и обычно работают в СВЧ диапазоне (3...5 ГГц). Если рабочая частота не превы­шает 100 МГц, то предпочтение отдаётся навесным индуктивностям.

 

Служебные элементы

В МСБ также присутствуют коммутационные проводники и контактные площадки. В целях сокращения количества технологических операций коммутационные проводники и контактные площадки изготовляются одновременно только для простых МСБ, предоставляющих возможность выполнить топологию в одном слое.

Для топологически сложных ГИС необходимо выполнять пересечения контактных проводников, что вносит дополнительные элементы ненадежности вследствие несовершенства изоляции диэлектрических пленок.

Материал для выполнения служебных элементов должен обладать:

§ высокой электропроводностью;

§ теплостойкостью;

§ химической инертностью;

§ физико-химической совместимостью с другими материалами;

Специальные требования вытекают из функционального назначения контактных площадок, предназначенных для подсоединения дискретных компонентов и внешних выводов МСБ. Сложности: при высокой электропроводности уменьшается адгезия (золото, медь, серебро), а при высокой адгезии материалы (хром, титан) плохо поддаются сварке и пайке, поэтому часто проводники и контактные площадки выполняются из нескольких слоев:

1. Высокоадгезионный

2. Высокоэлектропроводный

3. Защитный