книги / Микроэлектроника толстых пленок

1. Введение

В конце 50-х и начале 60-х гг. электронная промыш­ ленность нуждалась в новых методах микроминиатюри­ зации, обеспечивающих низкую стоимость, высокую надежность и малые размеры сложных электронных систем. Для удовлетворения этих нужд стали активно развиваться гибридная и полупроводниковая технологии изготовления электронных элементов и схем. Однако по мере развития этих технологий стали очевидными значи­ тельные преимущества монолитных интегральных схем. В результате этого разработка гибридной технологии стала отставать.

С другой стороны, по мере развития технологии про­ изводства монолитных схем стали проявляться и ее не­ достатки, что вновь повысило интерес к развитию гибридных микросхем. Эта возродившаяся активность направлена скорее на использование гибридных схем в качестве дополнительного метода микроминиатюриза­ ции, чем для замены ими монолитных схем.

В настоящее время развитие гибридной технологии идет по пути оптимизации рабочих характеристик схем путем выбора выпускаемых активных и пассивных эле­ ментов и их компоновки. Гибридные схемы находят широкое применение в матрицах ЭЦВМ, мощных и высо­ ковольтных схемах, линейных схемах, в которых пас­ сивные элементы должны быть прецизионными для из­ делий, работающих в диапазоне высоких частот и

в технике СВЧ. Гибридные схемы нашли также широкое применение при малом и среднем объеме производства, когда монолитные микросхемы получаются чрезмерно дорогими, вследствие того что не окупается стоимость оборудования.

Данная книга посвящается рассмотрению так назы­ ваемой толстопленочной микроэлектроники. Книга пред­ назначена прежде всего для инженеров-схемотехников, усилиями которых может быть достигнуто дальнейшее увеличение потенциальных возможностей гибридной мик­ роэлектроники.

Существующие в настоящее время методы изготовле­ ния микроэлектронных изделий могут быть разделены на три основных класса: а) технология производства моно­ литных схем (включающая в себя интегральные схемы средней и высокой степени интеграции); б) тонкопленоч­ ная гибридная технология; в) толстопленочная гибрид­ ная технология.

1.1. Технология производства монолитных схем

Исходным материалом для производства монолитных интегральных схем является кремний высокой чистоты. Сначала кремниевые слитки распиливаются на пласти­ ны толщиной приблизительно равной 0,2 мм, затем каж­ дая пластина шлифуется для получения плоскопараллельности ее поверхностей. Далее, используя методы химического травления, толщину пластины доводят до нужного значения и добиваются гладких и блестящих поверхностей.

Пластина кремния /7-типа, на которой можно изгото­ вить тысячи интегральных схем, помещается в печь, за­ полненную окисляющей атмосферой и имеющую темпе­ ратуру 1200°С (фиг. 1.1). Кислород проникает в поверх­ ностный слой пластины и, химически взаимодействуя с поверхностными атомами пластины, образует инертное, устойчивое соединение двуокиси кремния.

Для того чтобы изолировать транзисторы и резисторы друг от друга, пластины подвергаются предварительной фотолитографии. Они покрываются фоторезистивиым материалом и освещаются через маску, на которой вы­

Окончательная структура получается путем многократ­ ного повторения операций окисления, фотолитографии и диффузии. Типичная последовательность операций пока­ зана на фиг. 1.4 и 1.5. По окончании приведенных выше

а

. |fe C S fa fx

Фиг. 1.4. Процесс производства интегральных схем.

а —небольшой участок высокоомной монокристаллнческой кремниевой плас­ тины; б —диффузия для создания скрытого слоя; в — создание эпитаксиального слоя; з —изолирующая диффузия.

диффузионных операций, создающих внутреннюю струк­ туру приборов, пластина помещается в вакуум и на ее поверхность напыляется алюминиевая пленка, соединяю­ щая активные элементы друг с другом. Затем по специ­ альной технологии ненужные участки алюминиевой пленки стравливаются, Оставшиеся участки алюминия