Способ изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности в частности к тонкопленочной микроэлектронике. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления микросхемы при сохранении механической и электрической надежности контактирования резистивного элемента с выводом микросхемы. Контактную площадку создают из алюминия с подслоем металла и защитным слоем. В качестве защитного слоя используют окисел тантала, который получают нанесением на всю поверхность диэлектрической подложки, т.е. одновременно на сформированные на ней резистивный слой и контактную площадку слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300 Ом/, который затем полностью окисляют в течение не менее 6 часов при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резистивного слоя. Выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электронной технике, в частности, к тонкопленочной микроэлектронике.

Уровень техники

Высокостабильные тонкопленочные резисторы изготавливаются в виде прецизионных наборов резисторов (HP) и представляют собой класс микросхем (Резисторы: Справочник / В.В.Дубровский, Д.М.Иванов, Н.Я.Протусевич и др. Под ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Радио и связь, 1991, 528 с.) с высокими точностными параметрами: высокой точностью заданных сопротивлений, коэффициентов деления, низкими значениями температурных коэффициентов сопротивления (ТКС) и температурных коэффициентов деления (ТКД) и т.д. Такие микросхемы нашли широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре, особенно в измерительной технике.

Качество данных микросхем зависит от многих факторов, в частности от температурных коэффициентов материалов компонентов микросхемы, градиентов температуры по поверхности микросхемы, механических напряжений, переходных контактных сопротивлений и их стабильности и т.п.

Известны способы изготовления металлопленочного резистора: патент Японии №56-17 807, М. Кл. H 01 C 17/06, H 01 C 7/00 и заявка ФРГ №2719045, H 01 C 7/06, опубл. 20.12.79 г.

Недостатком известных способов изготовления тонкопленочных микросхем является необходимость выполнения раздельных циклов нанесения защитного слоя на контактную площадку и на резистивную дорожку, что приводит к повышению трудоемкости изготовления тонкопленочной микросхемы.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ изготовления контактных площадок микросхем путем напыления подслоя, затем основного слоя - алюминия, причем для предотвращения окисления поверхности основного слоя на него наносят защитный слой никеля (серебра, золота). (Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструирование и технология микросхем. - М: Советское радио. 1980, 253 с., с. 79).

Анализ конструкции такой микросхемы показывает, что технологический процесс изготовления контактной площадки имеет существенные недостатки, связанные с тем, что никелевое покрытие увеличивает переходное сопротивление между выводом микросхемы и выводом тонкопленочного резисторного элемента, а также с тем, что зашита контактной площадки и резистивной дорожки производится различными материалами на различных циклах технологического процесса. Устранение первого указанного недостатка можно выполнить путем замены никелевого покрытия на серебряное или золотое, что связано, однако, с удорожанием микросхемы.

Основным же недостатком такого способа является высокая трудоемкость из-за необходимости разделения циклов нанесения защитного покрытия на контактную площадку и резистивную дорожку, а также из-за необходимости разделения областей контактной площадки и тонкопленочного резистора на подложке во время нанесения защитных покрытий для предотвращения шунтирования.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является снижение трудоемкости изготовления тонкопленочной микросхемы при обеспечении высокой надежности контактирования выводов с контактными площадками.

Достигаемый технический результат обеспечивается тем, что в способе изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы, включающем формирование на поверхности диэлектрической подложки с нанесенным резистивным слоем слоя алюминия с подслоем металла и защитным слоем, получение рисунка резистивного слоя и контактной площадки с последующим стабилизирующим отжигом, в качестве защитного слоя используют окисел тантала, который получают нанесением на всю поверхность диэлектрической подложки, т.е. одновременно на сформированные на ней резистивный слой и контактную площадку, слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300 Ом/, который затем полностью окисляют в течение не менее 6 часов при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резистивного слоя, а выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления

Экспериментальные исследования проводились с использованием опытных образцов микросхем, контактные площадки которых были выполнены по новой технологии, которая заключалась в следующем.

На диэлектрическую подложку из ситалла способом вакуумного напыления был нанесен резистивный слой из кермета К-20С, затем контактный подслой - пленка ванадия с удельным поверхностным сопротивлением 100 Ом/, на который был нанесен основной слой - пленка алюминия с удельным сопротивлением 0,05-0,1 Ом/.

После получения рисунка резистивного слоя и контактной площадки произведен отжиг при температуре 350°С, который понижает ТКС и стабилизирует остальные параметры микросхемы.

Затем методом вакуумного напыления наносился защитный слой из пленки тантала с удельным сопротивлением 150-450 Ом/ на всю поверхность тонкопленочной микросхемы, т.е. одновременно на контактную площадку и резистивный слой.

После окисления в течение 6 часов при температуре 350°С тантал полностью окисляется, образуя плотную непроницаемую пленку окисла тантала Ta₂O₅ (пятиокись), диэлектрические свойства которой близки к свойствам пленки диоксида кремния SiO₂.

После формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность приваривались к контактной площадке алюминиевые проводники диаметром 35 мкм способом ультразвуковой сварки. В процессе ультразвуковой сварки происходит разрушение окисной пленки Та₂O₅ в зоне сварки и вытеснение окисла из этой зоны.

В результате было получено надежное электрическое соединение выводов микросхемы с контактными площадками.

С целью анализа свойств полученного соединения были проведены сравнительные испытания.

Сравнительная оценка усилия отрыва выводов от контактных площадок проводилась на микросхемах, созданных по описанной выше технологии (с защитной пленкой Ta₂O₅), а также на микросхемах, созданных по известной технологии. При этом было разварено по 80 выводов в микросхемах, изготовленных по указанным выше технологиям.

Получена в результате испытаний следующая сравнительная оценка по прочности усилия отрыва на контактной площадке. Диапазон отрывного усилия для базового способа (прототипа) составил 3-12 г, со средним значением 8,5 г, а для предлагаемого способа 8-11 г, со средним значением 9,4 г.

Сравнительные данные показывают, что применение в качестве защитного материала пленки окисла Ta₂O₅ способствует повышению стабильности прочности соединения, а следовательно надежности сварки вывода микросхемы с контактной площадкой.

Переходное сопротивление сварного соединения в обоих случаях проверялось при помощи прибора для измерения постоянных сопротивлений Р39 с диапазоном измерений 10^-8-1,11111·10⁸ Ом, имеющего погрешности измерений ±(0,01-2)% от конечного значения установленного поддиапазона. При этом в результате измерительного эксперимента, не было установлено существенных отличий переходного сопротивления между выводом микросхемы и контактной площадкой изделий, изготовленных по базовой технологии и выполненных согласно предложенному способу.

Кроме того, как показали лабораторные испытания, защитный слой из пленки Ta₂O₅ не затрудняет контроль электрических параметров тонкопленочных микросхем с помощью зондов.

В результате лабораторных испытаний также установлено, что при напылении пленки тантала с удельным сопротивлением более 300-450 Ом/ не обеспечивается надежная защита резистивного слоя, что может быть связано с минимальной толщиной защитной пленки.

Напыление пленки тантала с удельным поверхностным сопротивлением менее 150 Ом/ приводит к ухудшению качества сварки, что может означать предельную толщину защитного покрытия.

Описанный техпроцесс изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы не требует раздельного нанесения защитного слоя на резистивную дорожку (резистивный слой) и контактную площадку. При этом снижается трудоемкость изготовления микросхемы - за счет снижения количества операций, уменьшения количества наносимых слоев и операций напыления.

Аналогичным образом способ может быть реализован для изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы с использованием сплава ТЦ БМ-ВД по 14-1-4122-86 ТУ и др., обеспечивающих требуемую защиту резистивного слоя и надежную сварку на контактной площадке.

Формула изобретения

Способ изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы, включающий формирование на поверхности диэлектрической подложки с нанесенным резистивным слоем слоя алюминия с подслоем металла и защитным слоем, получение рисунка резистивного слоя и контактной площадки с последующим стабилизирующим отжигом, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя используют окисел тантала, который получают нанесением на всю поверхность диэлектрической подложки, т.е. одновременно на сформированные на ней резистивный слой и контактную площадку, слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300 , который затем полностью окисляют в течение не менее 6 ч при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резистивного слоя, а выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки.