Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

ваний. Алюминий имеет удельное сопротивление pF=2,7X XlO-6 Ом-см, которое достаточно просто обеспечивается в тонких пленках, легко испаряется, имеет хорошую адгезию к Si и SiOa, образует низкоомный омический контакт с сильнолегированным кремнием п- и р-тйпа; технологичен, так как легко поддается травлению и фотолитографической обработке химическими растворами, не воздействующими на кремний и его окисел; дешев и пластичен; позволяет создавать качественные контакты методом термокомпрессии.

В интегральных микросхемах с повышенной надежностью используют многослойные коммутационные проводники и контакты. Нижний слой обычно применяется для получения хорошей адгезии к диэлектрическому покрытию и качественного омического контакта к кремнию. Верхний слой обеспечивает высокую электрическую проводимость и качественный контакт с выводами. Большинство бинарных систем характеризуется низкой стабильностью сопротивления вследствие реакций в твердом теле и взаимной диффузии атомов в области границы раздела металлов, что приводит к образованию интерметаллических соединений с повышенным сопротивлением. В бинарных системах с золотым покрытием тонкая пленка подслоя не обеспечивает должной защиты от проникновения золота в кремний.

Наиболее приемлемыми параметрами характеризуются коммутационные проводники в виде тройных систем титан-платина- золото, титан-молибден-золото, в которых платина и молибден выполняют роль буферных материалов, предотвращающих взаимное проникновение золота и материала подслоя, а также проникновение золота в кремний. Примерные толщины пленок системы металлизации следующие: Ti ~50 нм, Pt, Mo 150 нм, Аи 600 нм.

При однослойной металлизации коммутационные проводники, соединяющие контактные области элементов микросхемы, наносят непосредственно на окисел кремния. В микросхемах повышенной надежности может использоваться дополнительный защитный слой нитрида кремния. Минимальная ширина коммутационного проводника определяется возможностями технологии. Современная фотолитография позволяет изготовлять проводники шириной мкм.

В микросхемах на биполярных транзисторах пересечение коммутационных проводников устраняется обычно прокладкой трасс поверх диффузионных резисторов (рис. 4.10.1, а). Для устранения пересечений используется также, метод подныривания (рис. 4.10.2). В конструкции узла пересечения сильнолегированный л+-слой (5), расположенный в кармане /г-типа, выполняет роль перемычки проводника (2), который как бы подныривает под проводник (4) в области пересечения. На эквивалентной электрической схеме подныривающего проводника узел подныривания обладает сопротивлением i? и емкостью С. Подныривающий проводник обязательно должен иметь положительный потенциал относительно подложки.

В микросхемах на МОП-транзисторах в качестве элементов коммутации широко используют сильнолегированные диффузионные шины, изолированные от объема полупроводниковой подложки р-п-переходом (рис. 4.10.1, б). Сверху диффузион-

ные шины покрыты изолирующей пленкой Si02, по поверхности которой прокладываются ортогональные трассы металлических проводников. Металлические коммутационные проводники совместно с диффузионными щинами образуют двухслойную систему коммутации. При применении затворов из поликристалличеокого кремния в качестве третьего (сигнального) Коммутационного слоя используют легированные слои поликристаллического кремния, которые имеют повышенное удельное сопротивление (см. рис. 4.7.3 и 4.7.4).

Удельные поверхностные сопротивления р токоведущих шин имеют следующие значения: для шин из алюминия 0,05 Ом/П; для диффузионных шин р-типа 50 Ом/П; п+-типа 10 Ом/П; для поликристаллического кремния 40 Ом/П.


Рис. 4.10.1. Способы устранения пересечений коммутационных проводников;

а - прокладка проводников /, 2 поверх диффузионного резистора 3; б - прокладка проводника / поверх диффузионной шины 2

"1 \.}. .....

Рис. 4.10.2. Устранение пересечения проводников методом подныривания;

а - конструкция узла пересечения; б - эквивалентная электрическая схема проводника с подиы-риванием:

1 - кристалл; 2 - проводник с под-ныриваннем; 3 - полупроводниковая перемычка п-Н-типа; 4 - сплошной проводник

Многослойная металлизация используется s основном в БИС на биполярных транзисторах. В полупроводниковом кристалле с трехслойной металлизацией (рис. 4.10.3) поверхность слоев имеет



сложный ступенчатый рельеф. На ступеньках наблюдается сужение толщины металлических и диэлектрических пленок и возможно нарушение их сплошности. Примеры опасных сечений I-IV вы-делены кружками. Коммутационные проводники слоев изготовляют из алюминия. Для изоляции металлических проводников сосед-



Рис. 4.10.3. Поперечное сечение кристалла с трехслойной металлизацией:

/ - полупроводниковая подложка; 2 -термически выращенная пленка SiOs; 3, 5, 7 -ком- \ мутационные проводники первого, второго и третьего слоев металлизации; 4, б - межслойная изоляция (SiOj); S - защитное покрытие стеклом

них слоев применяют неорганические и органические пленки. Наиболее широко используются Si02, осаждаемая в результате пйро-литического разложения кремнийорганических соединений (например, тетраэтоксилана Si(OC2H5)4 или окисления силана SiH4 в кислороде, а также различные стекла. В БИС на МДП-транзи-

-п /

\


а) S)

Рис. 4.10.4. Способы повышения надежности контактных площадок: / - контактная площадка; 2 -толстый окисел; 3 - изолированная подконтактная область: 4 -тонкий окисел; 5 - коммутационный проводник

сторах в большинстве случаев оказывается достаточно одного слоя металлизации, так как для соединения элементов микросхемы используются также диффузионные шины и слои поликристаллического кремния при применении затворов из поликристаллического кремния.

Контактные площадки представляют собой расширенные области коммутационных проводников. Они предназначены для формирования электрических выводов кристалла микросхем. Размеры контактных площадок определяются конструкцией выводов. Контактные площадки выносят на периферийную часть кристалла за пределы активной зоны (см. рис. 5.7.1, 5.7.2) и располагают на слое толстого окисла для уменьшения паразитной емкости выводов, повышения надежности и выхода годных микросхем в процессе производства. В микросхемах повышенной надежности под контактными площадками формируют п-области, изолированные р-п-переходом (рис. 4.10.4, а) или пленочным диэлектриком (рис. 4.10.4, б). Если при контактировании происходит пробой окисла, то изолированная полупроводниковая область предотвращает короткое замыкание :площадк1И (с положительным потенциалом) на р-подложку.

Конструкции выводов. Для соединения контактных площадок кристалла с выводами корпуса или контактными площадками коммутационной платы БГИС применяют проволочные, паучковые, шариковые, столбиковые и балочные выводы, К конструкции выводов предъявляется ряд требований, обусловленных их назначением, особенностями технологии изготовления и присоединения выводов кристалла к выводам корпуса и контактным площадкам БГИС: малое и стабильное электрическое сопротивление самого вывода и контактов; низкоомный омический контакт с кремнием "л- и р-типа при непосредственном контактировании с полупроводниковым материалом; отсутствие деградирующих интерметаллических соединений в области контакта; высокая механическая прочность; возможность группового изготовления и группового автоматизированного контактирования с выводами корпуса или контактными площадками БГИС; высокая антикоррозийная стойкость.

Жесткие выводы (шариковые, столбиковые, балочные) в большинстве случаев имеют многослойную конструкцию. Нижний слой обеспечивает качественный контакт с контактной площадкой или полупроводниковой областью и хорошую адгезию к изоляционному материалу на поверхности кристалла, верхний слой - высокую проводимость вывода, качественный контакт к контактным площадкам коммутационной платы БГИС и антикоррозийную защиту, а промежуточные слои выполняют роль барьера, устраняющего нежелательные взаимодействия между материалами слоев, ведущие к образованию интерметаллических соединений. Для улучшения качества пайки широко применяют покрытие припоями.

Проволочные выводы изготовляют из золотой или алюминиевой проволоки диаметром 25... 50 мкм. Золотая проволока позволяет получать высококачественные электрические соединения методом термокомпрессии или пайки. Для контактирования алюминиевых проволочек используют ультразвуковую пайку. Алюминиевые проволочки характеризуются пониженной механической прочностью. Конструкция проволочных выводов не позволяет автоматизировать процесс сборки микросхем. Стоимость сборочно-монтажных работ



составляет около 60% всех затрат на производство микросхемы.

Для автоматизации процесса сборки применяют конструкцию кристалла с паучковыми медными выводами (рис. 4.10.5). Пучковые выводы кристалла присоединяют групповой пайкой или сваркой к консольным выводам рамки корпуса микросхемы. На сборку микросхемы поступают кристаллы с паучковыми выводами, закрепленные на перфорированной ленте-носителе из полиимидной



Рис. 4.10.5. Конструкция кристалла с

паучковыми выводами: 1 - кристалл; 2 - лента-носитель; 3 - вы- вод

Рис. 4.10.6. Конструкция ленты-носителя кристалла с паучковыми выводами:

t - столбиковый вывод; 2 - паучковый медный вывод: 3- полиимидиая пленка-носитель; 4 - кристалл; 5 - вывод для контроля параметров микросхемы; 6 - перфорационное отверстие; 7 - защитный компаунд

пленки толщиной ~35 мкм (рис. 4.10.6). Для контроля параметров микросхемы на ленте-носителе предусмотрены контактные площадки (5). Предварительную защиту кристалла от воздействия внешней среды осуществляют каплей эпоксидного компаунда (7). Кристаллы с паучковыми выводами в бескорпусном исполнении применяются также в узлах с печатными платами, в больших гибридных интегральных микросхемах. Паучковые выводы методом

групповой пайки или сварки присоединяют к печатным или пленочным коммутационным проводникам.

ffyrm Pb-Sn


Рис. 4.10.7. Конструкция мягкого шарикового вывода, изготовляемого напылением / - кристалл; 2 - пленка SiOj; 3 - алюминиевая контактная площадка; 4 - защитный слой (БЮг - стекло); 5 - пленка хрома (толщиной 0,15 мкм); 6 - пленка меди (0,3 мкм); 7 - пленка золота (0.1 мкм); 3 - слой свинца; 9 - слой олова; 10 - шарик из сплава РЬ-Sn

В бескорпусных ИС используют шариковые, столбиковые » балочные выводы. В мягком шариковом выводе (рис. 4.10.7) столбик из припоя РЬ-Sn приобретает форму полуссеры после размягчения в процессе припайки кристаллов к контактным площадкам коммутационных плат БГИС. Высота столбика около-35...40 мкм. Столбиковый вывод (рис. 4.10.8) изготовляютиз золота или меди, которую покрывают слоем серебра и оловянно-свинцовым припоем. Пр сборке БГИС кристаллы с шариковымш и столбиковыми выводами устанавливают лицевой стороной (сторона с элементами, коммутационными проводниками и выводами)-к контактным площадкам коммутационной платы.


Рис, 4.10.8. Конструкция столбикового вывода:

1 - кристалл кремния; 2 - пленка SiOj; 3 - алюминиевая металлизация: 4 - стекло (или SiOz); 5 - слой хрома, тантала или молибдена; 6 - слой меди или серебра; 7 - слой золота; 8 - золотой контактный столбик

Рис. 4,10.9. Конструкция балочного-вывода:

/ - кристалл; 2 - пленка SiOa; 3 - алюминиевая металлизация (толщиной 1...1,5 мкм); 4 - защитная пленка SiOj (0,5...0.6 мкм); 5- пленка титана (0.1 мкм); 6 - пленка молибдена (0,2 мкм); 7 - золотой балочный вывод (10,„15 мкм)

Для изготовления балочных выводов (рис. 4.10.9) используют трехслойную систему Ti-Pt-Аи. Балочный вывод имеет толщину 10... 15 мкм, ширину около 100 мкм и длину за пределами кромки кристалла 150...200 мкм. Расстояние между балочными выводами на периферии кристалла 100...200 мкм. Балочные выводы позволяют осуществлять простой визуальный контроль качества, установки кристаллов лицевой стороной к контактным площадкам ком.мутационной платы БГИС. При этом существенно упрощается технологический процесс группового монтажа кристаллов при. сборке БГИС. Однако необходимо иметь в виду, что при применении балочных выводов усложняется технологический процесс разделения полупроводниковых пластин на отдельные кристаллы.

Для защиты компонентов кристалла и коммутационных проводников от воздействия химических реактивов и других материалов в процессе производства микросхемы, а также от атмосферных воздействий широко используют покрытие кристаллов стеклами или ЗЮг перед операциями изготовления выводов. В областях., формирования выводов в защитном слое вытравливают окна (см.. рис. 4.10.3, 4.10.8, 4.10.9).





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47