薄膜集成電路概述

薄膜集成電路" target="_blank">集成電路采用薄膜工藝在藍寶石、石英玻璃、陶瓷、覆銅板基片上制作電路元、器件及其接線，并加以封裝而成。薄膜工藝包括蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相淀積等。特點為電阻、電容數(shù)值控制較精確，且數(shù)值范圍寬，但集成度不高，主要用于線性電路。

薄膜集成電路是將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件以及它們之間的互連引線，全部用厚度在1微米以下的金屬、半導(dǎo)體、金屬氧化物、多種金屬混合相、合金或絕緣介質(zhì)薄膜，并通過真空蒸發(fā)、濺射和電鍍等工藝制成的集成電路。薄膜集成電路中的有源器件，即晶體管，有兩種材料結(jié)構(gòu)形式：一種是薄膜場效應(yīng)硫化鎘或硒化鎘晶體管，另一種是薄膜熱電子放大器。更多的實用化的薄膜集成電路采用混合工藝，即用薄膜技術(shù)在玻璃、微晶玻璃、鍍釉和拋光氧化鋁陶瓷基片上制備無源元件和電路元件間的連線，再將集成電路、晶體管、二極管等有源器件的芯片和不使用薄膜工藝制作的功率電阻、大容量的電容器、電感等元件用熱壓焊接、超聲焊接、梁式引線或凸點倒裝焊接等方式，就可以組裝成一塊完整的集成電路。在同一個基片上用蒸發(fā)、濺射、電鍍等薄膜工藝制成無源網(wǎng)路,并組裝上分立的微型元件、器件,外加封裝而成的混合集成電路。所裝的分立微型元件、器件，可以是微型元件、半導(dǎo)體芯片或單片集成電路。按無源網(wǎng)路中元件參數(shù)的集中和分布情況，薄膜集成電路分為集中參數(shù)和分布參數(shù)兩種。前者適用范圍從低頻到微波波段，后者只適用于微波波段。

與厚膜混合集成電路相比較，薄膜電路的特點是所制作的元件參數(shù)范圍寬、精度高、溫度頻率特性好，可以工作到毫米波段。并且集成度較高、尺寸較小。但是所用工藝設(shè)備比較昂貴、生產(chǎn)成本較高。薄膜混合集成電路適用于各種電路，特別是要求精度高、穩(wěn)定性能好的模擬電路。與其他集成電路相比，它更適合于微波電路。

薄膜混合集成電路所用基片有多種，最常用的是玻璃基片,其次是微晶玻璃和被釉陶瓷基片,有時也用藍寶石和單晶硅基片。為了實現(xiàn)緊密組裝和自動化生產(chǎn)，一般使用標(biāo)準(zhǔn)基片。在基片上形成薄膜有多種方法。制造薄膜網(wǎng)路常用物理汽相淀積(PVD)法,有時還用陽極氧化或電鍍法。在物理汽相淀積法中，最常用的是蒸發(fā)工藝和濺射工藝。這兩種工藝都是在真空室中進行的，所以統(tǒng)稱為真空成膜法。用這兩種方法，可以制造無源網(wǎng)路中的無源元件、互連線、絕緣膜和保護膜。陽極氧化法可以形成介質(zhì)膜，并能調(diào)整電阻膜的阻值。在制造分布參數(shù)微波混合集成電路時，用電鍍法增加薄膜微帶線的厚度，以減少功耗。

在薄膜電路中主要有四種薄膜：導(dǎo)電、電阻、介質(zhì)和絕緣薄膜。導(dǎo)電薄膜用作互連線、焊接區(qū)和電容器極板。電阻薄膜形成各種微型電阻。介質(zhì)薄膜是各種微型電容器的介質(zhì)層。絕緣薄膜用作交叉導(dǎo)體的絕緣和薄膜電路的保護層。各種薄膜的作用不同，所以對它們的要求和使用的材料也不相同。對導(dǎo)電薄膜的要求除了經(jīng)濟性能外，主要是導(dǎo)電率大，附著牢靠，可焊性好和穩(wěn)定性高。因尚無一種材料能完全滿足這些要求，所以必須采用多層結(jié)構(gòu)。常用的是二至四層結(jié)構(gòu)，如鉻-金(Cr-Au)、鎳鉻-金(NiCr-Au)、鈦-鉑-金(Ti-Pt-Au)、鈦-鈀-金(Ti-Pd-Au)、鈦-銅-金(Ti-Cu-Au)、鉻-銅-鉻-金(Cr-Cu-Cr-Au)等。微型電容器的極板對導(dǎo)電薄膜的要求略有不同，常用鋁或鉭作電容器的下極板，鋁或金作上極板。對電阻薄膜的主要要求是膜電阻范圍寬、溫度系數(shù)小和穩(wěn)定性能好。最常用的是鉻硅系和鉭基系。在鉻硅系中有鎳-鉻(Ni-Cr)、鉻-鈷(Cr-Co)、鎳-鉻-硅(Ni-Cr-Si)、鉻-硅(Cr-Si)、鉻-氧化硅(Cr-SiO)、鎳鉻-二氧化硅(NiCr- )。屬于鉭基系的有鉭(Ta)、氮化鉭(Ta2N)、鉭-鋁-氮(Ta-Al-N)、 鉭-硅(Ta-Si)、鉭-氧-氮(Ta-O-N)、鉭-硅-氧(Ta-Si-O)等。對介質(zhì)薄膜要求介電常數(shù)大、介電強度高、損耗角正切值小,用得最多的仍是硅系和鉭系。即氧化硅(SiO)、二氧化硅、氧化鉭和它們的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)： -SiO和 -SiO2。有時還用氧化釔，氧化鉿和鈦酸鋇等。為了減小薄膜網(wǎng)路中的寄生效應(yīng)，絕緣薄膜的介電常數(shù)應(yīng)該很小，因而采用氧化硅(SiO)、二氧化硅、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化硅等，適合于微波電路。