Микроэлектронная технология в разработках и производстве конденсаторов

Микроэлектронная технология в разработках и производстве конденсаторов. Микроэлектронная технология, развитие которой стимулировалось прежде всего потребностями производства активных элементов, предоставляет широкие возможности для изготовления пассивных элементов, в частности конденсаторов и конденсаторных сборок.

Емкостные элементы, формируемые методами микроэлектроники, представляют собой в основном тонкопленочные конденсаторы, к которым относят: конденсаторы со структурой металл—диэлектрик—металл (МДМ), металл—диэлектрик—полупроводник (МДП), конденсаторы с планарной структурой электродов на диэлектрической подложке (планарные конденсаторы).

Выбор конкретных технологических процессов связывается прежде всего с типом конденсатора по виду диэлектрика. Можно считать, что в настоящее время сформировались следующие основные направления в разработках тонкопленочных конденсаторов:

- конденсаторы структуры МДП на основе технологии кремниевых ИС с рабочим диэлектриком из термической двуокиси кремния и/или нитрида кремния;

- конденсаторы структуры МДМ на основе анодного окисла тантала или алюминия, напыленного слоя нитрида бора или окисла (смеси окислов) редкоземельных металлов;

- планарные конденсаторы на керамических подложках с высокой диэлектрической проницаемостью (Є —50).

Основу технологических процессов изготовления различных видов конденсаторов могут составлять стандартные для микроэлектроники приемы.

Для создания обкладок и контактных узлов используются различные методы нанесения тонких пленок алюминия, меди (с адгезионным подслоем), тантала; преимущественно это испарение в высоком вакууме с применением электронной бомбардировки или электронного луча, плазменное распыление с помощью магнетронной системы.

Рабочий диэлектрик, грунтующие и защитные диэлектрические слои создаются с применением процессов термического окисления кремниевой подложки (двуокись кремния), анодного окисления (пятиокись тантала, окись алюминия), плазмохимического осаждения (нитрид бора, двуокись кремния) или ВЧ распыления (окислы редкоземельных металлов).

Для создания рисунка обкладок, контактных площадок и, при необходимости, рабочего диэлектрика применяются различные методы фотолитографической обработки, включая маскирование фоторезистивными материалами и технохимические способы: травление химическое и плазмохимическое, промывку, сушку, очистку подложек, а также микрогальваническую обработку и лужение.

Применение плазмохимического травления позволило существенно упростить технологический процесс изготовления танталовых тонкопленочных конденсаторов по сравнению с традиционным.

Для осуществления большинства из этих процессов разработано высокопроизводительное оборудование, что в сочетании с присущей микроэлектронике высокой степенью интегрально-групповой обработки обеспечивает возможность создания крупносерийного и массового производства конденсаторов.

Следует отметить, что микроэлектронные конденсаторы перспективны в технико-экономическом отношении и конкурентоспособны по отношению к ближайшим аналогам по потенциальной области применения — низковольтным керамическим и слюдяным конденсаторам в диапазоне номинальных емкостей от долей пикофарады до десятков нанофарад.

В настоящее время предполагается их широкое использование как в аппаратуре на печатных платах, так и во внутренних цепях микросхем - в дискретном и интегральном исполнении.

Особым направлением развития микроэлектронной технологии емкостных элементов является создание толстопленочных конденсаторов. Здесь основная задача заключается в обеспечении совместимости технологии конденсаторов с технологией толстопленочных ИС при приемлемой удельной емкости.

Решение этой задачи связано с разработкой диэлектрических паст на основе сегнетоэлектрических сикондов или стеклокерамики, наносимых на подложки из форстерита или алюминоксида. В настоящее время разработаны пасты, обеспечивающие возможность создания RC-сборок как с высокочастотными конденсаторами (удельная емкость 1500 пФ/см² при диэлектрической проницаемости материала Ɛ = 30—40), так и с низкочастотными(60000 пФ/см² при Ɛ =2000).

Миниатюризация и интегральное исполнение, снижение трудоемкости и сокращение материалоемкости — основные направления развития конденсаторов.