RU2231237C2 - Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit - Google Patents

Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2231237C2
RU2231237C2 RU2002116274/09A RU2002116274A RU2231237C2 RU 2231237 C2 RU2231237 C2 RU 2231237C2 RU 2002116274/09 A RU2002116274/09 A RU 2002116274/09A RU 2002116274 A RU2002116274 A RU 2002116274A RU 2231237 C2 RU2231237 C2 RU 2231237C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact pad
layer
protective layer
thin
film
Prior art date
Application number
RU2002116274/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002116274A (en
Inventor
А.Н. Лугин (RU)
А.Н. Лугин
Г.С. Власов (RU)
Г.С. Власов
В.В. Лугина (RU)
В.В. Лугина
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов"
Priority to RU2002116274/09A priority Critical patent/RU2231237C2/en
Publication of RU2002116274A publication Critical patent/RU2002116274A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2231237C2 publication Critical patent/RU2231237C2/en

Links

Landscapes

  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; thin-film microelectronics.
SUBSTANCE: contact pad is made of aluminum with metal sublayer and protective layer. Protective layer is made of tantalum oxide and is produced by applying layer of tantalum having resistivity of 150 -300 Ohm/ѓ onto entire surface of insulating substrate, that is simultaneously onto resistive layer and contact pad produced thereon; then it is fully oxidized for minimum 6 h at temperature not lower than 150°C and not over annealing temperature of resistive layer. Integrated circuit leads are welded to contact pad upon formation of protective layer directly through its surface using ultrasonic welding method.
EFFECT: reduced labor consumption while retaining mechanical and electrical reliability of resistor unit-to-integrated-circuit lead contact.
1 cl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к электронной технике, в частности, к тонкопленочной микроэлектронике.The present invention relates to electronic equipment, in particular, to thin-film microelectronics.

Уровень техникиState of the art

Высокостабильные тонкопленочные резисторы изготавливаются в виде прецизионных наборов резисторов (HP) и представляют собой класс микросхем (Резисторы: Справочник / В.В.Дубровский, Д.М.Иванов, Н.Я.Протусевич и др. Под ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Радио и связь, 1991, 528 с.) с высокими точностными параметрами: высокой точностью заданных сопротивлений, коэффициентов деления, низкими значениями температурных коэффициентов сопротивления (ТКС) и температурных коэффициентов деления (ТКД) и т.д. Такие микросхемы нашли широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре, особенно в измерительной технике.Highly stable thin-film resistors are made in the form of precision sets of resistors (HP) and represent a class of microcircuits (Resistors: Reference / V.V.Dubrovsky, D.M. Ivanov, N.Ya. Protusevich, etc. Edited by I.I. Chetvertkov and V.M. Terekhova - 2nd ed., revised and additional - M: Radio and communication, 1991, 528 p.) with high accuracy parameters: high accuracy of the given resistances, fission factors, low values of temperature resistance coefficients ( TCS) and temperature division coefficients (TCD), etc. Such microcircuits are widely used in electronic equipment, especially in measurement technology.

Качество данных микросхем зависит от многих факторов, в частности от температурных коэффициентов материалов компонентов микросхемы, градиентов температуры по поверхности микросхемы, механических напряжений, переходных контактных сопротивлений и их стабильности и т.п.The quality of these microcircuits depends on many factors, in particular, on the temperature coefficients of the materials of the components of the microcircuit, the temperature gradients on the surface of the microcircuit, mechanical stresses, transient contact resistances and their stability, etc.

Известны способы изготовления металлопленочного резистора: патент Японии №56-17 807, М. Кл. H 01 C 17/06, H 01 C 7/00 и заявка ФРГ №2719045, H 01 C 7/06, опубл. 20.12.79 г.Known methods of manufacturing a metal film resistor: Japan patent No. 56-17 807, M. C. H 01 C 17/06, H 01 C 7/00 and the application of Germany No. 2719045, H 01 C 7/06, publ. 12/20/79

Недостатком известных способов изготовления тонкопленочных микросхем является необходимость выполнения раздельных циклов нанесения защитного слоя на контактную площадку и на резистивную дорожку, что приводит к повышению трудоемкости изготовления тонкопленочной микросхемы.A disadvantage of the known methods for manufacturing thin-film microcircuits is the need to perform separate cycles of applying a protective layer to the contact pad and the resistive track, which leads to an increase in the complexity of manufacturing a thin-film microcircuit.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ изготовления контактных площадок микросхем путем напыления подслоя, затем основного слоя - алюминия, причем для предотвращения окисления поверхности основного слоя на него наносят защитный слой никеля (серебра, золота). (Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструирование и технология микросхем. - М: Советское радио. 1980, 253 с., с. 79).The closest in technical essence to the present invention is a method for manufacturing the contact pads of microcircuits by spraying a sublayer, then the main layer - aluminum, and to prevent oxidation of the surface of the main layer, a protective layer of nickel (silver, gold) is applied to it. (Ermolaev Yu.P., Ponomarev M.F., Kryukov Yu.G. Design and technology of microcircuits. - M: Soviet Radio. 1980, 253 p., P. 79).

Анализ конструкции такой микросхемы показывает, что технологический процесс изготовления контактной площадки имеет существенные недостатки, связанные с тем, что никелевое покрытие увеличивает переходное сопротивление между выводом микросхемы и выводом тонкопленочного резисторного элемента, а также с тем, что зашита контактной площадки и резистивной дорожки производится различными материалами на различных циклах технологического процесса. Устранение первого указанного недостатка можно выполнить путем замены никелевого покрытия на серебряное или золотое, что связано, однако, с удорожанием микросхемы.Analysis of the design of such a microcircuit shows that the technological process for manufacturing the contact pad has significant drawbacks due to the fact that the nickel coating increases the transition resistance between the output of the microcircuit and the output of the thin-film resistor element, as well as the fact that the contact pad and the resistive track are protected by various materials on various cycles of the process. The first indicated drawback can be eliminated by replacing the nickel coating with silver or gold, which is associated, however, with the cost of the chip.

Основным же недостатком такого способа является высокая трудоемкость из-за необходимости разделения циклов нанесения защитного покрытия на контактную площадку и резистивную дорожку, а также из-за необходимости разделения областей контактной площадки и тонкопленочного резистора на подложке во время нанесения защитных покрытий для предотвращения шунтирования.The main disadvantage of this method is the high complexity because of the need to separate the cycles of applying the protective coating to the contact pad and the resistive path, and also because of the need to separate the areas of the contact pad and the thin-film resistor on the substrate during the application of protective coatings to prevent shunting.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является снижение трудоемкости изготовления тонкопленочной микросхемы при обеспечении высокой надежности контактирования выводов с контактными площадками.The aim of the present invention is to reduce the complexity of manufacturing a thin-film microcircuit while ensuring high reliability of contacting pins with pads.

Достигаемый технический результат обеспечивается тем, что в способе изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы, включающем формирование на поверхности диэлектрической подложки с нанесенным резистивным слоем слоя алюминия с подслоем металла и защитным слоем, получение рисунка резистивного слоя и контактной площадки с последующим стабилизирующим отжигом, в качестве защитного слоя используют окисел тантала, который получают нанесением на всю поверхность диэлектрической подложки, т.е. одновременно на сформированные на ней резистивный слой и контактную площадку, слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300 Ом/

Figure 00000002
, который затем полностью окисляют в течение не менее 6 часов при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резистивного слоя, а выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки.Achievable technical result is ensured by the fact that in the method of manufacturing the contact pad of a thin-film microcircuit, which includes forming on the surface of the dielectric substrate with a resistive layer of an aluminum layer coated with a metal sublayer and a protective layer, obtaining a pattern of the resistive layer and a contact pad with subsequent stabilizing annealing, as a protective layer tantalum oxide is used, which is obtained by coating the entire surface of the dielectric substrate, i.e. simultaneously on the resistive layer and the contact pad formed on it, the tantalum layer with a specific resistance of 150-300 Ohm /
Figure 00000002
which is then completely oxidized for at least 6 hours at a temperature not lower than 350 ° C and not higher than the temperature of annealing of the resistive layer, and the terminals of the microcircuit are welded to the contact area after the formation of the protective layer directly through its surface by ultrasonic welding.

Сведения, подтверждающие возможность осуществленияInformation confirming the possibility of implementation

Экспериментальные исследования проводились с использованием опытных образцов микросхем, контактные площадки которых были выполнены по новой технологии, которая заключалась в следующем.Experimental studies were carried out using prototypes of microcircuits, the contact pads of which were made using new technology, which was as follows.

На диэлектрическую подложку из ситалла способом вакуумного напыления был нанесен резистивный слой из кермета К-20С, затем контактный подслой - пленка ванадия с удельным поверхностным сопротивлением 100 Ом/

Figure 00000003
, на который был нанесен основной слой - пленка алюминия с удельным сопротивлением 0,05-0,1 Ом/
Figure 00000004
.A resistive layer of K-20C cermet was deposited on a dielectric substrate from a glass by a vacuum deposition method, then the contact sublayer was a vanadium film with a specific surface resistance of 100 Ω /
Figure 00000003
on which the main layer was applied - an aluminum film with a specific resistance of 0.05-0.1 Ohm /
Figure 00000004
.

После получения рисунка резистивного слоя и контактной площадки произведен отжиг при температуре 350°С, который понижает ТКС и стабилизирует остальные параметры микросхемы.After obtaining the pattern of the resistive layer and the contact pad, annealing was performed at a temperature of 350 ° C, which lowers the TCS and stabilizes the remaining parameters of the microcircuit.

Затем методом вакуумного напыления наносился защитный слой из пленки тантала с удельным сопротивлением 150-450 Ом/

Figure 00000005
на всю поверхность тонкопленочной микросхемы, т.е. одновременно на контактную площадку и резистивный слой.Then, a protective layer of a tantalum film with a specific resistance of 150-450 Ohm / was applied by vacuum deposition
Figure 00000005
on the entire surface of the thin-film microcircuit, i.e. simultaneously to the contact pad and resistive layer.

После окисления в течение 6 часов при температуре 350°С тантал полностью окисляется, образуя плотную непроницаемую пленку окисла тантала Ta2O5 (пятиокись), диэлектрические свойства которой близки к свойствам пленки диоксида кремния SiO2.After oxidation for 6 hours at a temperature of 350 ° C, tantalum completely oxidizes, forming a dense impermeable film of tantalum oxide Ta 2 O 5 (pentoxide), whose dielectric properties are close to those of a silicon dioxide SiO 2 film.

После формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность приваривались к контактной площадке алюминиевые проводники диаметром 35 мкм способом ультразвуковой сварки. В процессе ультразвуковой сварки происходит разрушение окисной пленки Та2O5 в зоне сварки и вытеснение окисла из этой зоны.After the formation of the protective layer directly through its surface, aluminum conductors with a diameter of 35 μm were welded to the contact area using ultrasonic welding. In the process of ultrasonic welding, the Ta 2 O 5 oxide film is destroyed in the welding zone and the oxide is displaced from this zone.

В результате было получено надежное электрическое соединение выводов микросхемы с контактными площадками.As a result, a reliable electrical connection of the microcircuit pins with the pads was obtained.

С целью анализа свойств полученного соединения были проведены сравнительные испытания.In order to analyze the properties of the obtained compounds, comparative tests were carried out.

Сравнительная оценка усилия отрыва выводов от контактных площадок проводилась на микросхемах, созданных по описанной выше технологии (с защитной пленкой Ta2O5), а также на микросхемах, созданных по известной технологии. При этом было разварено по 80 выводов в микросхемах, изготовленных по указанным выше технологиям.A comparative assessment of the effort to separate the conclusions from the contact pads was carried out on microcircuits created according to the technology described above (with a protective film Ta 2 O 5 ), as well as on microcircuits created according to the known technology. At the same time, 80 pins were boiled in microcircuits made using the above technologies.

Получена в результате испытаний следующая сравнительная оценка по прочности усилия отрыва на контактной площадке. Диапазон отрывного усилия для базового способа (прототипа) составил 3-12 г, со средним значением 8,5 г, а для предлагаемого способа 8-11 г, со средним значением 9,4 г.The following comparative assessment of the tensile strength at the contact pad was obtained as a result of the tests. The separation force range for the base method (prototype) was 3-12 g, with an average value of 8.5 g, and for the proposed method 8-11 g, with an average value of 9.4 g.

Сравнительные данные показывают, что применение в качестве защитного материала пленки окисла Ta2O5 способствует повышению стабильности прочности соединения, а следовательно надежности сварки вывода микросхемы с контактной площадкой.Comparative data show that the use of Ta 2 O 5 oxide film as a protective material helps to increase the stability of the bond strength, and therefore the reliability of welding the output of the microcircuit with the contact pad.

Переходное сопротивление сварного соединения в обоих случаях проверялось при помощи прибора для измерения постоянных сопротивлений Р39 с диапазоном измерений 10-8-1,11111·108 Ом, имеющего погрешности измерений ±(0,01-2)% от конечного значения установленного поддиапазона. При этом в результате измерительного эксперимента, не было установлено существенных отличий переходного сопротивления между выводом микросхемы и контактной площадкой изделий, изготовленных по базовой технологии и выполненных согласно предложенному способу.The transient resistance of the welded joint in both cases was checked using a P39 instrument for measuring the constant resistance with a measurement range of 10 -8 -1.11111 · 10 8 Ohms, having measurement errors of ± (0.01-2)% of the final value of the set sub-range. In this case, as a result of a measuring experiment, there were no significant differences in the transition resistance between the output of the microcircuit and the contact pad of products manufactured according to the basic technology and made according to the proposed method.

Кроме того, как показали лабораторные испытания, защитный слой из пленки Ta2O5 не затрудняет контроль электрических параметров тонкопленочных микросхем с помощью зондов.In addition, as laboratory tests have shown, the protective layer of Ta 2 O 5 film does not make it difficult to control the electrical parameters of thin-film microcircuits using probes.

В результате лабораторных испытаний также установлено, что при напылении пленки тантала с удельным сопротивлением более 300-450 Ом/

Figure 00000006
не обеспечивается надежная защита резистивного слоя, что может быть связано с минимальной толщиной защитной пленки.As a result of laboratory tests, it was also found that when spraying a tantalum film with a specific resistance of more than 300-450 Ohm /
Figure 00000006
reliable protection of the resistive layer is not provided, which may be due to the minimum thickness of the protective film.

Напыление пленки тантала с удельным поверхностным сопротивлением менее 150 Ом/

Figure 00000007
приводит к ухудшению качества сварки, что может означать предельную толщину защитного покрытия.Tantalum film sputtering with a specific surface resistance of less than 150 Ohm /
Figure 00000007
leads to deterioration in the quality of welding, which may mean the ultimate thickness of the protective coating.

Описанный техпроцесс изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы не требует раздельного нанесения защитного слоя на резистивную дорожку (резистивный слой) и контактную площадку. При этом снижается трудоемкость изготовления микросхемы - за счет снижения количества операций, уменьшения количества наносимых слоев и операций напыления.The described manufacturing process for the manufacture of a contact pad for a thin-film microcircuit does not require separate application of a protective layer on the resistive path (resistive layer) and the contact pad. This reduces the complexity of manufacturing the microcircuit - by reducing the number of operations, reducing the number of layers applied and spraying operations.

Аналогичным образом способ может быть реализован для изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы с использованием сплава ТЦ БМ-ВД по 14-1-4122-86 ТУ и др., обеспечивающих требуемую защиту резистивного слоя и надежную сварку на контактной площадке.Similarly, the method can be implemented for the manufacture of the contact area of a thin-film microcircuit using the TC-BM-VD alloy according to 14-1-4122-86 TU and others, providing the required resistance of the resistive layer and reliable welding on the contact area.

Claims (1)

Способ изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы, включающий формирование на поверхности диэлектрической подложки с нанесенным резистивным слоем слоя алюминия с подслоем металла и защитным слоем, получение рисунка резистивного слоя и контактной площадки с последующим стабилизирующим отжигом, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя используют окисел тантала, который получают нанесением на всю поверхность диэлектрической подложки, т.е. одновременно на сформированные на ней резистивный слой и контактную площадку, слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300
Figure 00000008
, который затем полностью окисляют в течение не менее 6 ч при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резистивного слоя, а выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки.A method of manufacturing a contact pad of a thin-film microcircuit, including forming on the surface of a dielectric substrate with a resistive layer deposited an aluminum layer with a metal sublayer and a protective layer, obtaining a pattern of the resistive layer and a contact pad with subsequent stabilizing annealing, characterized in that tantalum oxide is used as a protective layer, which is obtained by applying to the entire surface of the dielectric substrate, i.e. simultaneously on the resistive layer and the contact pad formed on it, a tantalum layer with a resistivity of 150-300
Figure 00000008
, which is then completely oxidized for at least 6 hours at a temperature not lower than 350 ° C and not higher than the temperature of annealing of the resistive layer, and the terminals of the microcircuit are welded to the contact area after the formation of the protective layer directly through its surface by ultrasonic welding.
RU2002116274/09A 2002-06-17 2002-06-17 Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit RU2231237C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002116274/09A RU2231237C2 (en) 2002-06-17 2002-06-17 Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002116274/09A RU2231237C2 (en) 2002-06-17 2002-06-17 Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002116274A RU2002116274A (en) 2004-03-20
RU2231237C2 true RU2231237C2 (en) 2004-06-20

Family

ID=32845751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002116274/09A RU2231237C2 (en) 2002-06-17 2002-06-17 Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2231237C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2839342C1 (en) * 2024-10-22 2025-04-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Connector integrated into flexible printed circuit board

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5119538A (en) * 1990-08-10 1992-06-09 Ranco Incorporated Of Delaware Method of making a temperature sensor
RU2129741C1 (en) * 1996-04-15 1999-04-27 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов Thin-film heat-stable integrated circuit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5119538A (en) * 1990-08-10 1992-06-09 Ranco Incorporated Of Delaware Method of making a temperature sensor
RU2129741C1 (en) * 1996-04-15 1999-04-27 Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов Thin-film heat-stable integrated circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЕРМОЛАЕВ Ю.П. и др. Конструирование и технология микросхем. - М.: Советское радио, 1980. с.79. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2839342C1 (en) * 2024-10-22 2025-04-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Connector integrated into flexible printed circuit board

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002116274A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5071518A (en) Method of making an electrical multilayer interconnect
US4019168A (en) Bilayer thin film resistor and method for manufacture
US5703287A (en) Measuring element for a flow sensor
US20040012480A1 (en) Low resistance value resistor
EP4062138B1 (en) Sensor element and method for producing a sensor element
US4910492A (en) Electric laminar resistor and method of making same
US20060234022A1 (en) Ceramic glaze coating structure of a chip element and method of forming the same
RU2231237C2 (en) Method for producing contact pad of thin-film integrated circuit
Fisher et al. Termination materials for thin film resistors
JP3845030B2 (en) Manufacturing method of chip resistor
US4873022A (en) Electrically conductive paste, electronic circuit component and method for producing same
JP2003532103A (en) Temperature measurement and detection device and method for contacting the temperature measurement and detection device
RU2231150C2 (en) Thin-film resistor and method of its manufacture
US8879274B2 (en) Method of manufacturing an electrical component
JP2707717B2 (en) Hybrid integrated circuit
JP2606547B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20080010894A (en) Ceramic component and method for the same
JPH0745931A (en) Method for forming fine wiring and conductor paste used in the method
CN1245632C (en) Detection card and its preparation method
TWI313875B (en)
JP2565351B2 (en) Electronic circuit parts
AU2004310724B2 (en) Method of manufacturing an electrical component
US7135415B2 (en) Insulated structure of a chip array component and fabrication method of the same
JPS648289B2 (en)
Bulger et al. The STIC Technology-A Monolithic Approach for Combining Tantalum and Silicon Technologies

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20130419