混合微電路技術(shù)：第四章 薄膜工藝

1、第3章 薄膜工藝掌握薄膜的制造方法；掌握薄膜電阻器的原料及制造原理；熟悉光刻原理及工藝步驟；熟悉常用腐蝕材料；內(nèi)容1. 沉積工藝2. 薄膜電阻器工藝3. 光刻材料和工藝4. 腐蝕材料和工藝5. 薄膜微橋跨接電路1. 沉積工藝基片材料選擇沉積金屬或金屬化底層：電阻材料中間：阻擋層金屬材料頂層：導(dǎo)體材料每層厚度20020,0001.1 蒸發(fā)沉積金屬絲蒸發(fā)真空防止金屬氧化，可使蒸發(fā)溫度降低僅適用于銅、金、鉻和銀瞬間蒸發(fā)法:合金電子束蒸發(fā)熱離子化鎢絲陽(yáng)極加速電阻加熱舟基片沉積層高溫舟合金顆粒1.2 直流(DC)濺射濺射(sputtering)是一種電物理過(guò)程，陰極靶被高能正離子轟擊出粒子,限于導(dǎo)電性的

2、靶材最常用Ar，氙和氡的濺射率高但太貴，氦最便宜但濺射率低適用于金屬靶材1.3 射頻(RF)濺射使靶材交替受到正離子和電子的轟擊,中和累積的正電荷功能性優(yōu)于DC濺射，能濺射金屬和介質(zhì)金屬、合金陶瓷、玻璃氧化硅、氮化硅、氧化鋁等塑料四氟乙烯，聚丙烯等1.4磁控濺射原理：電子圍繞著磁力線螺旋運(yùn)動(dòng)，相互碰撞的幾率增加，從而電離的幾率也增大覆蓋磁場(chǎng)靶材位置：濃縮，加大了離子的濃度，使沉積速率增加基板位置：電子被牽引離開(kāi)基片，降低對(duì)基片的加熱1.5 反應(yīng)濺射原理：反應(yīng)氣體被引入形成等離子，活波的反應(yīng)氣體與被濺射出來(lái)的原子進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，形成新的化合物靈活性強(qiáng)：改變反應(yīng)氣體的量，形成不同性質(zhì)的膜常用氣體：氧

3、和氮優(yōu)點(diǎn)膜附著力強(qiáng)更致密，更均勻工藝通用性高靶材可為導(dǎo)體或非導(dǎo)體此工藝也可逆向模式使用沉積速率、膜厚和均勻性可控1.6陽(yáng)極化在合適的電解液中，電解質(zhì)以電解氧化物的形式在某類金屬表面形成氧化物薄膜鋁、鉭、鈮，鋯、鈦、鉍及硅支配工藝過(guò)程的基本方法陽(yáng)極陰極2.薄膜電阻器工藝 2.1 薄膜電阻器種類分類：純金屬、金屬合金、金屬化合物或金屬陶瓷類型例子金屬鉭鎳鉻合金鎳-鉻鈷-鉻鉭-鎢金屬陶瓷一氧化硅-鉻金屬化合物氮化鉭薄膜電阻常用材料1、鎳鉻、氮化鉭和鉻硅氧化物金屬陶瓷鎳做阻擋層(防鉻擴(kuò)散)電阻器不穩(wěn)定；金焊盤被鉻污染，使線焊鍵合難鎳鉻做附著層、捆綁層(金附著力差)2、電性能：鎳鉻、氮化鉭 25300/

4、金屬陶瓷 1000/幾k/方阻：方塊電阻鎳鉻鎳金2.2 鎳鉻工藝第一步基片上相繼沉積電阻材料、阻擋層金屬和頂層導(dǎo)體金屬層第二步通過(guò)精密光刻技術(shù)，形成導(dǎo)線和間隔圖案和薄膜電阻器鎳和鉻的合金配比不同，面電阻不同鎳和鉻比1：1和4：1蒸發(fā)壓力不同，膜組分與原料組分不同。改用瞬間蒸發(fā)或?yàn)R射為了良好的附著力，基片需被預(yù)熱2.3鎳鉻電阻器的特性電阻特性主要取決于基片的表面特性，退火、穩(wěn)定性烘烤和調(diào)阻條件影響電阻長(zhǎng)期穩(wěn)定性(125150下老化 1000h的阻值漂移)決定于退火時(shí)間高溫、長(zhǎng)時(shí)間退火，提供穩(wěn)定電阻器，低電阻率溫度系數(shù)(TCR)，更緊密的電阻跟蹤易受化學(xué)和電解腐蝕的影響實(shí)用上限面電阻低，100/

5、設(shè)計(jì)高值電阻需用大的面積、小的寬度和蜿蜒曲折的走線來(lái)節(jié)省空間高阻值鎳鉻電阻器，約100k，占用面積較大2.4 氮化鉭工藝鉭在部分氮?dú)鈿夥罩蟹磻?yīng)濺射沉積在氮化鉭和金之間，用鈦和鈀分別作為捆綁層和阻擋層鈦和氮化鉭用氫氟酸-硝酸溶液刻蝕，對(duì)細(xì)線分辨率，可用濺射反刻可做成氮化鉭片電阻與鎳鉻電阻電性能類似，包括面電阻范圍，電阻溫度系數(shù)，電阻跟蹤和高溫老化后的長(zhǎng)期阻值漂移氮化鉭電阻器更穩(wěn)定，抗化學(xué)腐蝕和抗熱性更好氮化鉭鈦、鈀金2.5氮化鉭電阻器的性能2.6陶瓷金屬薄膜電阻器陶瓷金屬(Cermet),由陶瓷和金屬兩個(gè)字合并而來(lái)，可以使厚膜漿料或蒸發(fā)的薄膜面電阻值高，制造小尺寸高阻值電阻器SiO-Cr使用最廣

6、，通過(guò)兩種組分配比，能獲得寬范圍電阻值（實(shí)用范圍10003000/ ）負(fù)的TCR制造采用瞬間蒸發(fā)濺射沉積鈀金SiO-Cr鉻-一氧化硅組分與電阻率的關(guān)系3. 光刻材料和工藝光刻膠分負(fù)型和正型使用的紫外光波長(zhǎng)2000-4000軟烘烤去掉溶劑掩膜(原圖或光刻版)顯影液(化學(xué)溶液)對(duì)于負(fù)性膠，溶解未曝光部分對(duì)于正性膠，溶解曝光部分硬烘烤，增強(qiáng)隨后的腐蝕抵抗性氧化鋁上刻蝕金薄膜的步驟3.1 負(fù)光刻膠的化學(xué)反應(yīng)聚乙烯醇肉桂酸脂紫外光曝光下形成的有機(jī)物R是各種有機(jī)團(tuán)，能改變光刻的靈敏性和其他性能在聚乙烯醇肉桂酸脂的基礎(chǔ)上負(fù)光刻的化學(xué)反應(yīng)正膠負(fù)膠負(fù)光刻的一般機(jī)理負(fù)光刻的交連機(jī)理3.2 正性光刻膠的化學(xué)反應(yīng)在正

7、光刻中的重氮反應(yīng)正光刻膠的化學(xué)反應(yīng)3.3 工藝加光刻膠到基片上(自旋方法)前烘烤(軟烘烤)有助于線寬控制對(duì)準(zhǔn)和曝光顯影后烘烤(硬烘烤)去掉膜或剝掉膜光刻膠與基片的附著力基片需要清洗和干燥4. 刻蝕材料和工藝濕法化學(xué)溶劑(酸、堿)與薄膜反應(yīng)生成鹽被溶解掉干法反濺射、離子刻蝕或通過(guò)氣相化學(xué)反應(yīng)去掉膜干法優(yōu)于濕法4.1 金膜的化學(xué)腐蝕在電阻膜存在時(shí)，有選擇性的去掉導(dǎo)電層和阻擋層。王水(硝酸：鹽酸=3：1)被棄用鎳鉻或氮化鉭存在時(shí)，只刻蝕金是使用加了禁止劑的碘化鉀和碘的水溶液禁止劑：二鹽基磷酸銨或者二鹽基磷酸鉀/磷酸，能有效抑制對(duì)鎳鉻和鎳的刻蝕刻蝕金的反應(yīng)方程KI + I2 KI3 + KI(過(guò)量)3

8、KI3 + 2Au 2KAuI4 + KI4.2鎳和鎳鉻膜的化學(xué)刻蝕溶解鎳鉻不攻擊金的刻蝕液硫化鈰、硝酸銨和硝酸的水溶液刻蝕機(jī)理：鎳和鎳鉻被氧化成可溶解的鹽刻蝕半經(jīng)驗(yàn)性4.3干法刻蝕不用化學(xué)刻蝕液溶解而去掉金屬、介質(zhì)或半導(dǎo)體薄膜的方法優(yōu)點(diǎn)能制造超細(xì)的線(微米范圍)，工藝各向異性避免鉆蝕避免離子沾污，阻止化學(xué)刻蝕安全廣泛使用的干法刻蝕工藝濺射刻蝕(物理過(guò)程)各向異性，避免鉆蝕，用于極細(xì)線條刻蝕無(wú)選擇性，厚光刻膠，且速度超慢(幾 /min)反應(yīng)離子刻蝕(物理化學(xué)過(guò)程)化學(xué)反應(yīng)氣體與待去除表面反應(yīng)，生成易揮發(fā)氣體被抽吸走有選擇性，可以各向同性也可以各向異性，速度快(幾k /min)幾百種氣體，氣體混合物和離子條件CCl4 , CCl4 /Cl2，B