薄厚膜集成电路48页PPT

薄膜上下表面的两束 反射光产生干涉
图4.1
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图4.2 颜色与厚度的对应关系
760nm
380nm
红橙 黄 绿 蓝 靛 紫
当镀膜变得越来越厚时，晶 圆的颜色就会按照一个特定顺 序变化，并且不断重复。我们 把每一个颜色的重复称为一个 顺序(0rder)。
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（二）干涉条纹法
1、在白光下观察
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2、膜厚仪
基于干涉原理，可自动实现膜厚测试。
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膜厚测量仪主要包括：宽带光源、高性能线阵CCD光谱仪、传
输光纤、样品测试台及测量分析软件。
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（三）椭偏仪测量法
1、方法简介
它应用极化光测量高吸收衬底上的介电薄膜，如硅衬底 上的二氧化硅层；能同时准确确定出薄层材料的折射率和 厚度，测量精度比干涉法高一个数量级以上，是目前已有 的厚度测量方法中最精确的方法之一。
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（一）磨角染色法
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（二）红外光反射法
• 对于Si外延层/掺杂层的厚度测量，红外线（2.5～50μm) 不仅 能透过外延层，而且能在杂质浓度突变的外延层-衬底界面上发生 反射。这一反射与空气-外延层界面反射的红外线之间存在着光程差和相
位变化，因而形成干涉。
θ’
图4.7 红外光通过薄层时的反射和折射 连续改变红外光的波长可测出周期变 化的反射光的干涉强度。
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（三）扩展电阻分布测量法
过渡区 外延层
外延层厚度
衬底
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三、导电薄膜厚度测量
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参数意义：浆料内颗粒尺寸分布和弥散的度量
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
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超大规模集成电路硅衬底抛光
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固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
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提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
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厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
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超大规模集成电路硅衬底抛光
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〔2〕金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起。属于 氧化物键合或分子键合。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。但烧 结温度较高，一般在950～1000℃下烧结，加速了厚 膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。

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元件数 门数
SSI <102 <10
MSI 102 ~ 10 3 10 ~ 102
LSI 103 ~ 10 5 102 ~ 104
VLSI 105 ~ 10 7 104 ~ 106
ULSI 107 ~ 10 9 106 ~ 108
GSI >109 >108
厚膜技术的发展
厚膜技术起源于古代—唐三彩
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
• 1964年人们提出了大规模集成电路的设想和 概念，并很快于1966年研制成功大规模集成 电路。 大规模集成电路在提高集成度、可靠性、工 作频率和电路工作速度等技术性能方面的一 系列重大成就，使电子设备和电子系统出现 了崭新的面貌，从而使电子技术的发展进入 了第四代。
2．难以把各种不同类型的、性能差异很大的 元器件集成在同一衬底上； 难以外贴组装上各种具有特殊性能的元器件；
因此很难制成各种多功能的复杂的模拟电路。
3．半导体衬底的绝缘性能不如陶瓷、玻璃、 蓝宝石等绝缘基板，因此其元器件之间的 隔离不够完善； ● 造成寄生效应大，这样就会使电路在高频 下难以稳定地工作； ● 难以制造大功率、大电流、高电压等各种 有特殊要求的电路；
• 1968年Dennard——单晶体管DRAM
• 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
– 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
微电子发展的规律 不断提高产品的性能价格比 是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三 年提高4倍，而加工特征尺 寸缩小 2 倍，这就是摩尔

其相反，化学蚀刻的速率在切线方向与法线方向
是相同的。因此，造成与薄膜厚度相等的钻蚀。
（2）由于不再需要用来蚀刻薄膜的烈性化学物
质，所以对人员的危害较小，而且没有污水处理
的问题。
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3.1.2 薄膜材料
薄膜材料分为四类：
①
②
③
④
导体材料—用于形成电路图形，提供电极及
电学连接。
电阻材料—用于形成电路中的电阻。
断开的氧键，促进氧化物界面的形成。溅射颗粒
的动能在它们与基板碰撞时转变成在基板上所产
生的余热，进一步增强了氧化物的形成。
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磁控溅射与反应溅射
磁控溅射：一般的三极真空管溅射是一个非常缓
慢的过程，需要几小时才能得到可使用的膜．在
关键的位置，通过使用磁场，可以使等离子体在
靶材附近聚集，大大的加速了淀积的过程。
阻挡层材料—形成某些导体与电阻之间的扩
散阻挡层
薄膜基板
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1、导体薄膜材料：微系统封装工程的一
般为金属薄膜。
功能：
主要用于半导体元器件或芯片之间的电
气连接。
例如：


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电阻器的端头连接、电容的上下电极、元件之间
的互连线；
高频电感、微带线、地线等。
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对导体薄膜材料选择的基本要求：
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蒸发淀积薄膜
当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会
蒸发到周围环境中—蒸发的“本质”。
薄膜蒸发淀积工艺中，通过加热或电子束轰
击的方式，使被蒸镀物质在真空下受热或轰击
后蒸发气化，高温蒸发后的原子在温度较低基