【正文】 材料擴(kuò)散到導(dǎo)體中 ? 頂層： 導(dǎo)電層 2022/6/3 52 ? 薄膜的沉積技術(shù) （ 1）濺射 （薄膜淀積到基板上的主要方法） ? 工藝原理： 在一個(gè)大約 10Pa壓力的局部真空里通過(guò)某種惰性氣體放電建立導(dǎo)電的等離子體，基板和靶材置于等離子體中，基板接地，而靶材具有很低的 DC或AC電位，低電位把等離子 體中的氣體離子吸引到靶材 上，具有足夠動(dòng)能的這些離 子與靶材碰撞，撞擊出具有 足夠殘余動(dòng)能的微粒，使其 運(yùn)動(dòng)到基板上并粘附。 2022/6/3 53 ? 膜與基板粘接的機(jī)理： ? 在界面形成的一層 氧化物層 ，所以底層必須是一種容易氧化的材料。 ? 增強(qiáng)粘附力的方法： ? 靶材施加電位前用氬離子隨機(jī)轟擊基板表面去除幾個(gè)原子層（ 預(yù)濺射 ），產(chǎn)生大量斷開(kāi)的氧鍵，促進(jìn)氧化物界面的形成。 ? 提高沉積速率的方法： ? 在關(guān)鍵的位置，通過(guò)使用 磁場(chǎng) ，可以使等離子體在靶材附近聚集，大大的加速碰撞濺射的幾率。 ? 在靶材施加功率較大的 射頻 (RF)能 。 2022/6/3 54 （ 2）蒸發(fā) ? 工藝原理： 在相當(dāng)高的真空 (106torr)腔中，將待蒸發(fā)的材料置于基板的附近，并用電阻或電子束加熱，直到材料的蒸氣壓大大地超過(guò)周?chē)h(huán)境氣壓時(shí)，材料蒸發(fā)到周?chē)h(huán)境并沉積在被加熱的基板（通常為 300℃ ）上。 ? 蒸發(fā)速率的影響因素： 蒸發(fā)速率正比于材料的蒸氣 與周?chē)h(huán)境氣壓的差值，并 與材料的溫度緊密相關(guān)。 為了得到可接受的蒸發(fā)速率，需要蒸氣的壓力為 102torr 常用材料在蒸汽壓為 102torr所處的溫度見(jiàn)教材 P68表 2022/6/3 55 ? 保證高真空環(huán)境的原因： ? 1）可以降低產(chǎn)生可接受蒸發(fā)速率所需的蒸氣壓力，因此，降低了蒸發(fā)材料所需的溫度。 ? 2）可以通過(guò)減少蒸發(fā)室內(nèi)氣體分子引起的散射，增加所蒸發(fā)的顆粒平均自由程。而且，顆粒能夠更多以直線(xiàn)的形式運(yùn)動(dòng)，改善了淀積的均勻性。 ? 3）可以去除氣氛中容易與被蒸發(fā)的膜發(fā)生反應(yīng)的污染物和組分，如氧和氮。 ? 基板與蒸發(fā)源的距離控制： 應(yīng)在淀積均勻性與淀積速率之間權(quán)衡。 如果與基板過(guò)近（或過(guò)遠(yuǎn)）， 那么淀積越厚（或越?。? 淀積均勻性越差（或越好）。 2022/6/3 56 ? 蒸發(fā)可得到較快的淀積速率，但與濺射相比存在某些缺點(diǎn)。 ? 1）合金中各成分的蒸汽壓不同，造成蒸發(fā)膜中的成分控制困難。 ? 2）蒸發(fā)僅局限于熔點(diǎn)較低的金屬。 ? 3）氮化物和氧化物的反應(yīng)淀積極難以控制。 （ 3）電鍍 ? 工藝原理： 把基板和陽(yáng)極懸掛在含有待鍍物質(zhì)的導(dǎo)電溶液里，在兩者之間施加電位實(shí)現(xiàn)金屬膜的沉積。 ? 電鍍速率的影響因素： 電位、溶液濃度 ? 電鍍的應(yīng)用： ? 可以把大多數(shù)金屬鍍?cè)趯?dǎo)電的表面上。 ? 濺射 +電鍍可減少靶材用量，且沉積速度快。 ? 選擇性電鍍可進(jìn)一步節(jié)約成本。 2022/6/3 57 薄膜材料 （ 1）薄膜電阻 ? 薄膜電阻材料的選擇原則： 電阻薄膜必須提供與基板粘接的能力，這就限制了只能選擇可以形成氧化物的材料。 ? 薄膜電阻的特點(diǎn)： 薄膜電阻具有比厚膜電阻更好的穩(wěn)定性、噪聲和 TCR特性。 ? 常用的電阻材料 ? 鎳鉻耐熱合金（ NiCr）： 盡管 NiCr具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和 TCR特性，如果不用濺射的石英或蒸發(fā)的一氧化硅（ SiO）的鈍化，它對(duì)潮濕引起的腐蝕非常敏感。 ? 氮化鉭（ TaN）： TaN可以通過(guò)直接把膜在空氣中烘烤幾分鐘就可以鈍化，這個(gè)特點(diǎn)已經(jīng)使 TaN代替 NiCr合金，但 TRC稍差，除非在真空中退火幾個(gè)小時(shí)以消除晶界的影響。 ? 二氧化鉻（ CrO2）： 二硅化鉻的方阻較高 (1000Ω/□ )，克服了之前材料方阻較低的局限。二硅化鉻的穩(wěn)定性和 TCR與TaN相當(dāng)。 2022/6/3 58 （ 2）阻擋材料 ? NiCr合金 (電阻 )+阻擋層 +金 (導(dǎo)體 )體系： ? Cr具有能通過(guò)金而擴(kuò)散表面的傾向，既影響引線(xiàn)鍵合，也影響芯片的共晶鍵合。 ? 在 NiCr上淀積薄薄一層 純鎳 (Ni)，不僅能阻擋 Cr的擴(kuò)散，還可以顯著改善表面的可焊性。 ? TaN(電阻 )+阻擋層 +金 (導(dǎo)體 )體系： ? 金與 TaN的粘接能力很差 ? 可以在金與 TaN之間加入薄薄一層 90Ti/10W，從而提供必須的粘接性 2022/6/3 59 （ 3）導(dǎo)體材料 ? 金： 由于很容易引線(xiàn)鍵合和芯片鍵合以及耐變色和耐腐蝕能力很好，因此在薄膜混合電路生產(chǎn)中金是最常用的導(dǎo)體材料。但金與陶瓷基板不能形成粘接所必須的氧化物，需要一個(gè)或幾個(gè)中間層來(lái)提供粘接。 ? 銅和鋁： 可以直接與陶瓷基板粘接，在某些用途里也常常使用。 （ 4）薄膜基板材料 ? 材料種類(lèi)： 玻璃、低溫陶瓷、高純 (％ )氧化鋁 (藍(lán)寶石 ) ? 基板的表面要求： （光潔） ? 高平坦： CLA大約在 3～ 4μm薄膜厚度若遠(yuǎn)小于表面起伏，則電阻的穩(wěn)定性就會(huì)變差。 ? 高潔凈：導(dǎo)體在有污點(diǎn)的地方會(huì)比較薄，將導(dǎo)致引線(xiàn)鍵合和芯片粘接的失效。 2022/6/3 60 厚膜與薄膜的比較 ?盡管與厚膜相比，薄膜工藝提供了更好的線(xiàn)條清晰度、更細(xì)的線(xiàn)寬以及更好的電阻性能，但是下列因素制約了它不如厚膜那樣被廣泛應(yīng)用。 ? ①由于相關(guān)的勞動(dòng)增加，薄膜工藝要比厚膜工藝成本更高，只有在單塊基板上制造大量的薄膜電路時(shí)，價(jià)格才有競(jìng)爭(zhēng)力。 ? ②多層結(jié)構(gòu)的制造極為困難，盡管可以使用多次的淀積和刻蝕工藝，但這是一種成本很高、勞動(dòng)密集的工藝，因而限制在很少的用途里。 ? ③在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)者受限于單一的方塊電阻率。這需要大的面積去制造高阻值和低阻值的兩種電阻。 常用的做法是在厚膜基板的性能或空間有局限的地方制作薄膜電路。 2022/6/3 61 薄膜 厚膜 5～ 2400nm 2400～ 24000nm（ 1mil） 間接（減法）工藝 —— 蒸發(fā)、光刻 直接工藝 —— 絲網(wǎng)印刷，烘干和燒結(jié) 與危險(xiǎn)化學(xué)品、刻蝕劑、顯影劑、鍍液排放和處置相關(guān)的問(wèn)題 無(wú)需使用化學(xué)刻蝕或鍍液 與從刻蝕液中回收貴金屬的問(wèn)題 無(wú)需回收貴金屬 多層制備困難；一般只是單層； MCM電路使用聚酰亞胺作為介質(zhì)材料的多層 低成本的多層工藝 只限于低方塊電阻率材料 NiCr和 TaN， 100Ω /□ 通過(guò)使用幾種不同方塊電阻率（從 1Ω /□ ～20MΩ /□ ）的漿料能夠獲得寬范圍的電阻值 電阻對(duì)化學(xué)腐蝕敏感 能夠承受苛刻環(huán)境和高溫的穩(wěn)定電阻 低 TCR電阻，（ 0177。 50） 106/℃ TCR177。 （ 50～ 300） 106/℃ 線(xiàn)條分辨力率達(dá)到 1mil（ 25μ m）；對(duì)于濺射刻蝕有可能達(dá)到 （ m） 線(xiàn)條率為 5mil（ 125μ m）～ 10mil（ 250μ m） 高成本單批工藝 低成本的工藝，連續(xù)的，傳送帶式的 初始設(shè)備投資高（大于 200萬(wàn)美元） 初始設(shè)備投資低（少于 50萬(wàn)美元） 更精細(xì)的線(xiàn)條清晰度，更適于 RF信號(hào) 對(duì) RF應(yīng)用，線(xiàn)條清晰度不好 引線(xiàn)鍵合性較好；均質(zhì)材料；鍍液雜質(zhì)能夠影響引線(xiàn)鍵合 引線(xiàn)鍵合受漿料中雜質(zhì)的影響；導(dǎo)體是非均質(zhì)的 表 厚膜與薄膜工藝的比較 2022/6/3 62 作業(yè)： ?厚膜技術(shù)的工藝流程主要由哪三個(gè)部分組成？并簡(jiǎn)要說(shuō)明各自工藝質(zhì)量控制中需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題。 ?簡(jiǎn)要說(shuō)明薄膜技術(shù)中干法刻蝕的工藝過(guò)程，并說(shuō)明與濕法刻蝕相比而體現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)。