Тонкопленочные элементы.

Основанием для них являются стеклокерамика (ситалл), на которую наносят плёнку различных материалов опять через шаблон, таким образом не изготавливают п/п элементы, элеметы с обмотками, конденсаторы большой ёмкости. Если они необходимы, то они ставятся в корпус в виде бескорпусных дискретных элементов. Также как и в толстопленочных используются маски и трафареты. Для них также изготавливаются трафареты, в масштабе в 30 раз больше (30 к 1), потом методом уменьшении размера до 1 к 1 (методом машинной графики). Трафарет изготавливается через сетку, либо фальговые, бронзовые, лебденевые, латуниевые трафареты, стальные. Также трафарет можно получить с помощью лазера. Трафарет используется около 10 раз. Толщина трафарета 0,1мм.

Методы получения тонких пленок:

1. Термовакуумный метод

2. Катодный метод.

3. Ионно - плазменный метод.

4. Метод фотолитографии.

Термовакуумный метод - напыление происходит в вакуумной камере. Этот метод основан на свойстве атомов металлов и других материалов при испарении в условиях вакуума перемещаться прямолинейно и осаждаться на поверхности перпендикулярной движению этих атомов. В вакуумной камере при давлении 10^-4 - 10^-5 мм.рт.ст. материал в виде порошка нагревают до температуры испарения (у цезия 430 гр. цельсия, у вольфрама 3500гр. цельсия). В условиях вакуума начинается испарение, и частички перемещаются практически прямолинейно, и через щели в трафарете осаждаются на подложку. С помощью заслонки подложка закрывается вначале технологического процесса и выдерживается пока поток не станет стабильным. Толщина напыления будет определятся временем выдержки.

Последовательность выполнения работ:

1. Помещение подложки в камеру

2. Откачка воздуха.

3. Нагрев и термическая очистка подложки.

4. Нагрев испарительного вещества.

5. Удаление заслонки

6. Напыление и контроль

7. Возврат заслонки.

8. Отключение испарителя

9. Охлаждение камеры.

10. Изъятие подложки.

Для получения нескольких слоёв процесс или повторяют в однопозиционных камерах, либо используются многопозиционные камеры.

Контроль осуществляется по времени выдержки напыления.

Достоинства: Вакуумный метод даёт высокую частоту плёнок и сравнительно простой.

Недостатки: Ограничен размер подложек. На подложках большой площади неравномерно осаждаются пленка. Невысокое сцепление пленки с основанием. Инерционность процесса при термических испарителях. Большие потери испарительного материала.

Катодный метод - В вакуумной камере собирается диодная система анод-катод. подложку с трафаретом совмещают с анодом, а катод выполняется в виде пластины из напыляемого материала. Камера наполняется инертным газом. При напряжении анод-катод от 1 кВ до 3 кВ происходит ионизации молекул инертного газа. положительные ионы притягиваются к катоду, ударяясь о него вызывают вторичную эмиссию и происходит распыление материала катода, эти молекулы двигаются к аноду и через трафарет осаждаются на подложку. В качестве инертного газа используется аргон или фрион.

Достоинства: большая прочность сцепления плёнок с подложкой, безинерционность процесса, низкая температура распыления, маленькие потери материала.

Недостатки: сложное и дорогое оборудование, загрязнение плёнок за счёт присутствия инертного газа.

Ионноплазменный метод - В вакуумной камере собирается триодная система анод-катод-электрод-мишень. Создается разряженная атмосфера, нагревают подложку и катод. Подается напряжение анод - катод от 100В до 250В. После этого вводится ионизированный газ. Под действием температуры образуется плазма - облако ионов. Далее подключают электрод - мишень, и подают на него 1000В. Электрод - мишень совмещается с катодом. Положительные ионы притягиваются к электроду - мишени и вызывают вторичную эмиссию. Молекулы распыляются, двигаясь прямолинейно и осаждаются на подложку через трафарет. Этот метод обеспечивает наилучшее качество плёнок, но очень сложный и дорогой.

Метод фотолитографии. Берется подложка, на неё наносится материал будущего элемента, потом фоторезист. Далее методом травления удаляются открытые зоны. Потом удаляется задубленный фоторезист концентрированным раствором пищевой соды.

Достоинства: Простота метода, высокая точность изготовления элементов.

Недостатки: Загрязнение пленки материала.

Обратная фотолитография - реже применяется, потому что возникают трудности с очисткой подложки, через отверстие фоторезиста, и она делается при повышенной температуре.

Гибридные интегральные схемы.

Порядок выполнения:

1. Любыми предыдущими методами изготавливается плёночная часть микросхемы.

2. Контроль пленочной части микросхемы

3. Разделение подложки на отдельные микросхемы лазерным лучом или алмазным диском нарезают.

4. Монтаж дискретных элементов (бескорпусных) - эти микроэлементы крепят к подложке пайкой. Либо сваркой, либо лазерным лучом, либо склеиваются (клей - контактол, клей с серебрянным порошком).

5. Подложку с элементами помещают в корпус и снова закрепляют.

6. Выводы корпуса соединяют с контактными площадками с помощью микропроводников.

7. Помещают верхнюю часть корпуса маркировкой и герметизируется заливкой, или комбинированным методом.

8. Контроль параметров элемента.

Полупроводниковые микросхемы.

Представляют собой кристалл п/п вещества, в который путем введения примесей получают области соответствующие дискретным примесям. Микросхемы эти имеют б`ольшую плотность упаковки элементов на кристалле, более высокую надежность.

Недостатки: является сложность технологического процесса, и оборудование контроля.

П\п материал - кремний, германий, орсенид галия.

Эти материалы должны удовлетворять следующим требованиям: Иметь структурное геометрическое совершенство, высокую частоту, отсутствие примесей и частоту поверхности.

Технологический процесс:

1. Получение и подготовка заготовок.

2. Эпитаксия.

3. Окисление.

4. Фотолитография.

5. Травление.

6. Диффузия.

Получение и обработка заготовок - природный кремний имеет большое содержание примесей, поэтому он практически не используется. Выращивается искусственно. Затем он режется на пластины от 100 до 300 микрон алмазными дисками, дальше происходит их шлифовка, и толщина неровности составляет меньше чем 0,01 микрона. Потом обезжиривают и промывают.

Эпитаксия - это осаждение пленок на подложку. Используется метод транспортных реакций. В вакуумной камере нагревают и испаряют SiHl₄ (Селициум-хлор-4). Вакуумная камера состоит из двух частей: в одной части нагревают селициум хлор 4 и через трубку продувают водород, который захватывает пары селициум хлор 4, и переносит во вторую часть камеры, в которой находится подложка и температура там 1200 градусов. Происходит отделение кремния и осаждения его на подложке, а хлор удаляется, получается пленка 200-300 микрон. Скорость процесса 25 микрон/час.

В процессе наращивания кремния можно вводить примеси и получать пленки разной проводимости.

Окисление - SiO₂ - хороший диэлектрик, имеет очень высокую плотность.

Фотолитография и травление - кладется фоторезист, шаблон, помещается в камеру светового потока, удаляется незадубленный фоторезист и травится SiO₂. Удаляется области SiO₂ c незакрытых фоторезистом в плавиковой кислоте, дальше удаляется задубленный фоторезист.

Диффузия - осуществляется для получения областей заданной проводимости. Осуществляется в той же камере что и окисление. Это напыление примесей, которые будут образовывать элемент и его переходы. Скорость процесса зависит от температуры самого материала. Материалы примесей - донорные (материалы с n-проводимостью), к ним относятся фосфор, мышьяк, сурьма и др.

Акцепторные примеси с p-проводимостью - бор, галий, индий и другие. Под действием температуры 1000 градусов материал нагревают и испаряют. С помощью инертного газа переносят на поверхность пластин. И через не защиненные SiO₂ материалы происходит диффузия примесей (проникновение в кремний, от 0,1 микрона до 10 микрон). По окончанию процесса диффузии, в камеру вводят окислитель, восстанавливая оксидную пленку.

Контроль можно осуществить только под микроскопом.