Требования к подложкам ГИС.

Подложка выполняет роль основания, на поверхности которого формируются по заданному рисунку пленочные элементы микросхемы. К конструкции и материалу подложки предъявляется ряд требований, вытекающих из необходимости обеспечения заданных электрических параметров микросхемы, ее надежности и особенностей технологии изготовления пассивных элементов.

Материал подложки должен обладать:

• высоким сопротивлением изоляции, низкой диэлектрической проницаемостью и низким тангенсом угла диэлектрических потерь, высокой электрической прочностью для обеспечения качественной электрической изоляции элементов микросхемы, как на постоянном токе, так и в широком диапазоне частот;
• высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность подложки с нанесенными элементами как в процессе изготовления микросхемы), так и при ее эксплуатации;
• высокой химической инертностью к осаждаемым материалам для снижения временной нестабильности параметров пленочных элементов, обусловленной физико-химическими процессами на границе раздела пленка-подложка и проникновением ионов из подложки в пленку;

• стойкостью к воздействию высокой температуры в процессе нанесения тонких пленок и термообработки паст при формировании стеклоэмалевых пленок;
• стойкостью к воздействию химических реактивов в процессе подготовки поверхности подложки перед нанесением пленок, при электрохимических обработках и химическом осаждении пленок;
• способностью к хорошей механической обработке (полировке, резке).
• Материалы подложки и нанесенных на нее пленок должны иметь незначительно различающиеся температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для обеспечения достаточно малых механических напряжений в пленках, вызывающих их отслаивание и растрескивание при охлаждении подложки после нанесения пленочных элементов.
• подложки тонкопленочных ИС должны обладать малым газовыделением для устранения атмосферы в камере напылительной установки.

Структура материала подложки и состояние ее поверхности оказывают существенное влияние на структуру выращиваемых тонких пленок и характеристики пленочных элементов. Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как микронеровности уменьшают толщину резистивных и диэлектрических пленок. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм. Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14 классу чистоты. Толстые пленки имеют толщину 10…50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных ИС могут иметь микронеровности до 1 мкм, что соответствует 8…10 классам чистоты.

Для обеспечения хорошей адгезии пасты к подложке высота микронеровностей должна быть 50¸ 200 нм. Габаритные размеры подложек стандартизованы. Обычно на стандартной подложке групповым методом изготовляются несколько плат пленочных микросхем. Безотходное деление стандартной подложки на 2, 3, 4, 6, 8, 12 и более частей дает нормализованный ряд типоразмеров плат.

Толщина подложек составляет 0, 35…0, 6 мм. Для изготовления подложек применяются бесщелочные стекла, ситалл и керамика. Электрофизические характеристики ситалла удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к материалам подложек, поэтому ситалл нашел наибольшее применение в производстве маломощных тонкопленочных ГИС. Основным недостатком ситалла является низкая теплопроводность.

Керамические подложки используются при изготовлении микросхем повышенной мощности благодаря высокому коэффициенту теплопроводности. Наибольшей теплопроводностью обладает бериллиевая керамика (99, 5% ВеО). В производстве тонкопленочных ИС керамические подложки предварительно покрывают тонким слоем окиси тантала или бесщелочного стекла (стеклянная глазурь) для получения гладкой поверхности. В толстопленочных ИС в основном применяют высокоглиноземистые керамики 22ХС (96% AL2O3) и «Поликор», характирезующиеся высокой температурой размягчения, так как обжиг высокотемпературных пироэмалей, применяемых при формировании толстопленочных элементов, производится при температурах около 900оС.