薄膜集成电路概述

薄膜集成电路" target="_blank">集成电路采用薄膜工艺在蓝宝石、石英玻璃、陶瓷、覆铜板基片上制作电路元、器件及其接线，并加以封装而成。薄膜工艺包括蒸发、溅射、化学气相淀积等。特点为电阻、电容数值控制较精确，且数值范围宽，但集成度不高，主要用于线性电路。

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。

与厚膜混合集成电路相比较，薄膜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。

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,有时也用蓝宝石和单晶硅基片。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,有时还用阳极氧化或电镀法。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。

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(NiCr-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- )。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、氧化钽和它们的双层复合结构： -SiO和 -SiO2。有时还用氧化钇，氧化铪和钛酸钡等。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、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅等，适合于微波电路。