Конструктивно-технологические основы тонкопленочной микроэлектроники

Для классификации пленочных ИС можно использовать различные критерии. Далее приводится классификация по конструкторско-технологическим признакам, так как при этом дается информация о конструкциях и технологиях изготовления микросхем.

2.1. Конструкция и основные элементы тонкоплёночных МСБ и ГИС

Согласно определению ГИС представляют собой комбинацию плёночных пассивных эле­ментов и дискретных активных (навесных) компонентов. В настоящее время не существует стабильных пленочных активных компонентов, так как возникают трудности при изготовлении качественных монокристальных полупроводниковых пленок. Таким образом, технология тонкопленочных ГИС состоит из технологии тонкопленочных пассивных элементов и технологии монтажа активных элементов.

Сущность тонкоплёночной технологии заключается в том, что для реализации пассивных элементов, проводников и контактных площадок, такие пленки наносят вакуумными способами (термическим испарением, катодным, магнетронным и ионно-плазменным распылением), а необходимая конфигурация элементов и проводников достигается с помощью масок, фотолитографии, комбинации масок и фотолитографии, электронно-лучевой гравировкой.

Преимущества тонкоплёночной технологии по сравнению с толстопленочной:

• высокая точность и стабильность номиналов элементов;
• высокая плотность размещения элементов и проводников (минимальная ширина проводников составляет 20-50 мкм);
• простота подгонки номиналов резисторов в процессе изготовления;
• возможность получения резисторов и конденсаторов широкой номенклатуры номинальных значений с жесткими допусками;
• сравнительно высокий процент выхода годных ИС;
• Низкий уровень шумов в пленочных резисторах (< 0.1 мкВ/В);

Недостатки тонкоплёночной технологии:

• небольшая мощность рассеивания элементов;
• сложность технологических операций;
• большие затраты на организацию производства;

Выбор типа конструкции пленочной ГИС (МСБ) и технологии ее изготовления обуславливается как техническими параметрами схемы и условиями ее эксплуатации, так и экономическими факторами.

Процесс разработки тонкопленочных ГИС:

1) анализ схемы и определение требований к электрическим параметрам;

2) составление ТЗ на проектирование ГИС;

3) выбор и обоснование типового технологического процесса;

4) проектирование ГИС;

5) изготовление опытной партии ГИС;

6) испытание ГИС;

Проектирование ГИС включает в себя следующие этапы:

1) анализ ТЗ с учетом особенностей пленочной технологии;

2) выбор типов компонентов ГИС;

3) выбор типа конструкции ГИС исходя из условий эксплуатации;

4) уточнение технологии нанесения пленочных элементов и выбор метода сборки ГИС;

5) определение параметров подложки;

6) расчет пленочных элементов с учетом схемотехнических требований и технологических возможностей, разработка эскизного варианта топологии схемы

7) оценка емкостных и индуктивных связей;

8) тепловой расчет ГИС;

9) расчет проектной надежности;

10) разработка оригинала топологии (уточнение эскизного варианта);

11) проектирование топологии каждого слоя ГИС;

12) разработка конструкции ГИС;

13) оформление технической документации;

Основной задачей проектирования является разработка оптимальной топологии и морфологии ГИС, на базе чего оформляют чертежи для изготовления масок и фотошаблонов.

Основные этапы изготовления плат тонкопленочных ГИС:

1. Изготовление и подготовка масок или/и фотошаблонов, которые осуществляются по соответствующим технологиям.
2. Подготовка оборудования, оснастки и материалов для нанесения пленок.
3. Подготовка партии подложек.
4. Нанесение пленок одним из методов с одновременным (в случае съемных масок) формированием конфигураций;
5. Формирование конфигураций пленочных структур.
6. Подгонка пленочных структур до заданных номинальных значений резисторов.
7. Нанесение защитных покрытий на подложку (за некоторым исключением).

Последующие этапы изготовления ГИС составляют цикл операций по сборке и защите ГИС: разделение подложек на платы, монтаж компонентов, сборка в корпус, корпусная или бескорпусная защита.

При организации производства ГИС создаются соответствующие производственные участки: химический, напыления, фотолитографии, термический, сборки и монтажа, герметизации, контроля параметров, испытаний.