薄膜混合集成电路的制造工艺

薄膜混合电路的制造工艺

吴亚军

(陕西国防工业职业技术学院电子信息学院微电3101班西安市户县 710300) 摘要：薄膜混合电路（HIC）是微电子技术的一个方面，微电子技术主要是微小型电子元件器件组成的电子系统。主要依靠特定的工艺在单独的基片之上(或之内)形成无源网络并互连有源器件，从而构成的微型电子电路。薄膜电路以其元件参数范围宽、精度高、稳定性能好、温度频率特性好，并且集成度较高、尺寸较小，但工艺设备昂，生产成本高。它与半导体集成电路相互补充、相互渗透，已成为集成电路的一个重要组成部分，广泛应用于低频微波电路等众多领域，对电子设备的微型化起到了重要的推动作用。

Thin film hybrid circuit ( HIC ) is an aspect of microelectronic technology, microelectronics technology is mainly small electronic components devices composed of electronic system. Mainly depends on the specific process on a separate substrate ( or within ) the passive network interconnection formed and active devices, thus constituting the miniature electronic circuit. Thin film circuit element parameters to its wide range, high precision, good stability, temperature good frequency characteristic, and high integration level, small size, but the process equipment expensive, high production cost. It and semiconductor integrated circuit mutual complement, mutual penetration, has become integrated circuit is an important component, is widely applied in many fields such as low frequency microwave circuit, the electronic equipment miniaturization played an important role in promoting

关键词：薄膜混合电路（HIC）、微电子技术(microelectronic technology)、微型电子电路(miniature electronic circui t)

引言：集成电路电路分为薄厚膜集成电路、半导体集成电路和混合集成电路。而近年来随着半导体技术和微电子技术的蓬勃发展，电子信息技术日益向微型化、高集成化、高速数据传输和高电流、高频化微波化等众多领域发展。这对电子元器件提出了尺寸微小、高频、高可靠性和高集成度的要求，工作频率和速度的提高进一步缩短信号在系统内部的传输延迟时间，小型电子元器件及印制板组装技术制造工艺的不断更新，电子技术取得了飞速的发展。厚膜混合电路的优势在于性能可靠，设计灵活，投资小，成本低，多应用高电压、大电流、大功率的场合。厚膜混合电路采用的是丝网印刷和高温烧结形成无源网络。薄膜混合电路元件参数范围宽、精度高、稳定性能好、温度频率特性好、集成度较高多用于低频微波场合。薄膜电路采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法。

1 薄膜混合电路的综述

薄膜集成电路是将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件以及它们之间的互连引线，全部用厚度在１微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。薄膜集成电路中的有源器件，即晶体管有两种材料结构形式：一种是薄膜场效应硫化镉或硒化镉晶体管，另一种是薄膜热电子放大器。更多的实用化的薄膜集成电路采用混合工艺，即用薄膜技术在玻璃、微晶玻璃、镀釉和抛光氧化铝陶瓷基片上制备无源元件和电路元件间的连线，再将集成电路、晶体管、二极管等有源器件的芯片和不使用薄膜工艺制作的功率电阻、大容量的电容器、电感等元件用热压焊接、超声焊接、梁式引线或凸点倒装焊接等方式，就可以组装成一块完整的集成电路。

在同一个基片上用蒸发、溅射、电镀等薄膜工艺制成无源网路,并组装上分立的微型元件、器件,外加封装而成的混合集成电路。所装的分立微型元件、器件，可以是微型元件、半导体芯片或单片集成电路。

按无源网路中元件参数的集中和分布情况，薄膜集成电路分为集中参数和分布参数两种。前者适用范围从低频到微波波段，后者只适用于微波波段。

1.1薄膜混合电路的特点

薄膜混合集成电路与厚膜混合集成电路相比较，其薄膜混合电路的特点是所制作的元件参数范围宽、精度高、温度频率特性好，可以工作到毫米微波段。并且集成度较高、尺寸较小。但是所用工艺设备比较昂贵、生产成本比较高。

薄膜混合集成电路适用于各种电路，特别是要求精度高、稳定性能好的模拟电路。与其他集成电路相比，它更适合于微波电路。

1.1.1薄膜混合电路的制造工艺

主要工艺薄膜混合集成电路所用基片有多种，最常用的是玻璃基片,其次是微晶玻璃和被釉陶瓷基片,有时也用蓝宝石单晶硅基片。为了实现紧密组装和自动化生产，一般使用标准基片。

在基片上形成薄膜有多种方法。制造薄膜网路常用物理汽相淀积（PVD)法,有时还有阳极氧化或电镀法。在物理汽相淀积法中，最常用的是蒸发工艺和溅射工艺。这两种工艺都是在真空室中进行的，所以统称为真空成膜法。用这两种方

法，可以制造无源网路中的无源元件、互连线、绝缘膜和保护膜。阳极氧化法可以形成介质膜，并能调整电阻膜的阻值。在制造分布参数微波混合集成电路时，用电镀法增加薄膜微带线的厚度，以减少功耗。

1.1.2薄膜混合电路的制作材料

在薄膜电路中主要有四种薄膜：导电、电阻、介质和绝缘薄膜。导电薄膜用作互连线、焊接区和电容器极板。电阻薄膜形成各种微型电阻。介质薄膜是各种微型电容器的介质层。绝缘薄膜用作交叉导体的绝缘和薄膜电路的保护层。各种薄膜的作用不同，所以对它们的要求和使用的材料也不相同。

对导电薄膜的要求除了经济性能外，主要是导电率大，附着牢靠，可焊性好和稳定性高。因尚无一种材料能完全满足这些要求，所以必须采用多层结构。常用的是二至四层结构,如铬-金(Cr-Au)、镍铬-金(Ni Cr-Au)、钛-铂-金(Ti-Pt-Au)、钛-钯-金(Ti-Pd-Au)、钛-铜-金(Ti-Cu-Au)、铬-铜-铬-金(Cr-Cu-Cr-Au)等。

微型电容器的极板对导电薄膜的要求略有不同，常用铝或钽作电容器的下极板，铝或金作上极板。

对电阻薄膜的主要要求是膜电阻范围宽、温度系数小和稳定性能好。最常用的是铬硅系和钽基系。在铬硅系中有镍-铬(Ni-Cr)、铬-钴(Cr-Co)、镍-铬-硅(Ni-Cr-Si)、铬-硅(Cr-Si)、铬-氧化硅(Cr-SiO)、镍铬-二氧化硅（NiCr－SiO2）。属于钽基系的有钽(Ta)、氮化钽(Ta2N)、钽-铝-氮(Ta－Al－N)、钽-硅(Ta-Si)、钽-氧-氮(Ta-O-N)、钽-硅-氧(Ta-Si-O)等。

对介质薄膜要求介电常数大、介电强度高、损耗角正切值小,用得最多的仍是硅系和钽系。即氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氧化钽(Ta2O5)和它们的双层复合结构：Ta2O5-SiO和Ta2O5-SiO2。有时还用氧化钇(Y2O3)，氧化铪(HfO2)和钛酸钡(BaTiO3)等。

为了减小薄膜网路中的寄生效应，绝缘薄膜的介电常数应该很小,因而采用氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等，适合于微波电路。

2.薄膜混合电路的基片材料

2.2.1薄膜基片材料

基片是微波电磁场传输媒质，又是电路的支撑体。其主要性能指标：