薄膜集成電路簡介

薄膜集成電路是將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件以及它們之間的互連引線，全部用厚度在1微米以下的金屬、半導體、金屬氧化物、多種金屬混合相、合金或絕緣介質薄膜，并通過真空蒸發(fā)、濺射和電鍍等工藝制成的集成電路。薄膜集成電路中的有源器件，即晶體管，有兩種材料結構形式：一種是薄膜場效應硫化鎘或硒化鎘晶體管，另一種是薄膜熱電子放大器。更多的實用化的薄膜集成電路采用混合工藝，即用薄膜技術在玻璃、微晶玻璃、鍍釉和拋光氧化鋁陶瓷基片上制備無源元件和電路元件間的連線，再將集成電路、晶體管、二極管等有源器件的芯片和不使用薄膜工藝制作的功率電阻、大容量的電容器、電感等元件用熱壓焊接、超聲焊接、梁式引線或凸點倒裝焊接等方式，就可以組裝成一塊完整的集成電路。

在同一個基片上用蒸發(fā)、濺射、電鍍等薄膜工藝制成無源網路,并組裝上分立的微型元件、器件,外加封裝而成的混合集成電路。所裝的分立微型元件、器件，可以是微型元件、半導體芯片或單片集成電路。

按無源網路中元件參數的集中和分布情況，薄膜集成電路分為集中參數和分布參數兩種。前者適用范圍從低頻到微波波段，后者只適用于微波波段。

與厚膜混合集成電路相比較，薄膜電路的特點是所制作的元件參數范圍寬、精度高、溫度頻率特性好，可以工作到毫米波段。并且集成度較高、尺寸較小。但是所用工藝設備比較昂貴、生產成本較高。

薄膜混合集成電路適用于各種電路，特別是要求精度高、穩(wěn)定性能好的模擬電路。與其他集成電路相比，它更適合于微波電路。

薄膜混合集成電路所用基片有多種，最常用的是玻璃基片,其次是微晶玻璃和被釉陶瓷基片,有時也用藍寶石和單晶硅基片。為了實現緊密組裝和自動化生產，一般使用標準基片。

在基片上形成薄膜有多種方法。制造薄膜網路常用物理汽相淀積(PVD)法,有時還用陽極氧化或電鍍法。在物理汽相淀積法中，最常用的是蒸發(fā)工藝和濺射工藝。這兩種工藝都是在真空室中進行的，所以統(tǒng)稱為真空成膜法。用這兩種方法，可以制造無源網路中的無源元件、互連線、絕緣膜和保護膜。陽極氧化法可以形成介質膜，并能調整電阻膜的阻值。在制造分布參數微波混合集成電路時，用電鍍法增加薄膜微帶線的厚度，以減少功耗。

在薄膜電路中主要有四種薄膜：導電、電阻、介質和絕緣薄膜。導電薄膜用作互連線、焊接區(qū)和電容器極板。電阻薄膜形成各種微型電阻。介質薄膜是各種微型電容器的介質層。絕緣薄膜用作交叉導體的絕緣和薄膜電路的保護層。各種薄膜的作用不同，所以對它們的要求和使用的材料也不相同。

對導電薄膜的要求除了經濟性能外，主要是導電率大，附著牢靠，可焊性好和穩(wěn)定性高。因尚無一種材料能完全滿足這些要求，所以必須采用多層結構。常用的是二至四層結構，如鉻-金（Cr-Au）、鎳鉻-金（NiCr-Au）、鈦-鉑-金（Ti-Pt-Au）、鈦-鈀-金（Ti-Pd-Au）、鈦-銅-金（Ti-Cu-Au）、鉻-銅-鉻-金（Cr-Cu-Cr-Au）等。

微型電容器的極板對導電薄膜的要求略有不同，常用鋁或鉭作電容器的下極板，鋁或金作上極板。

對電阻薄膜的主要要求是膜電阻范圍寬、溫度系數小和穩(wěn)定性能好。最常用的是鉻硅系和鉭基系。在鉻硅系中有鎳-鉻(Ni-Cr)、鉻-鈷（Cr-Co）、鎳-鉻-硅（Ni-Cr-Si）、鉻-硅（Cr-Si）、鉻-氧化硅(Cr-SiO)、鎳鉻-二氧化硅（NiCr－ ）。屬于鉭基系的有鉭（Ta）、氮化鉭（Ta2N）、鉭-鋁-氮（Ta－Al－N）、 鉭-硅（Ta-Si）、鉭-氧-氮（Ta-O-N）、鉭-硅-氧（Ta-Si-O）等。

對介質薄膜要求介電常數大、介電強度高、損耗角正切值小,用得最多的仍是硅系和鉭系。即氧化硅（SiO）、二氧化硅、氧化鉭和它們的雙層復合結構： -SiO和 -SiO₂。有時還用氧化釔，氧化鉿和鈦酸鋇等。

為了減小薄膜網路中的寄生效應，絕緣薄膜的介電常數應該很小，因而采用氧化硅（SiO）、二氧化硅、氮化硼（BN）、氮化鋁（AlN）、氮化硅等，適合于微波電路。

薄膜混合電路（HIC）是微電子技術的一個方面，微電子技術主要是微小型電子元件器件組成的電子系統(tǒng)。主要依靠特定的工藝在單獨的基片之上(或之內)形成無源網絡并互連有源器件，從而構成的微型電子電路。薄膜電路以其元件參數范圍寬、精度高、穩(wěn)定性能好、溫度頻率特性好，并且集成度較高、尺寸較小，但工藝設備昂，生產成本高。它與半導體集成電路相互補充、相互滲透，已成為集成電路的一個重要組成部分，廣泛應用于低頻微波電路等眾多領域，對電子設備的微型化起到了重要的推動作用。

薄膜混合集成電路與厚膜混合集成電路相比較，其薄膜混合電路的特點是所制作的元件參數范圍寬、精度高、溫度頻率特性好，可以工作到毫米微波段。并且集成度較高、尺寸較小。但是所用工藝設備比較昂貴、生產成本比較高。

薄膜混合集成電路適用于各種電路，特別是要求精度高、穩(wěn)定性能好的模擬電路。與其他集成電路相比，它更適合于微波電路。

薄膜集成電路工藝

整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及其間的互連線,全部用厚度在1微米以下的金屬、半導體、金屬氧化物、多種金屬混合相、合金或絕緣介質薄膜，并通過真空蒸發(fā)工藝、濺射工藝和電鍍等工藝重疊構成。用這種工藝制成的集成電路稱薄膜集成電路。

薄膜集成電路中的晶體管采用薄膜工藝制作, 它的材料結構有兩種形式：①薄膜場效應硫化鎘和硒化鎘晶體管，還可采用碲、銦、砷、氧化鎳等材料制作晶體管；②薄膜熱電子放大器。薄膜晶體管的可靠性差，無法與硅平面工藝制作的晶體管相比，因而完全由薄膜構成的電路尚無普遍的實用價值。

實際應用的薄膜集成電路均采用混合工藝，也就是用薄膜技術在玻璃、微晶玻璃、鍍釉或拋光氧化鋁陶瓷基片上制備無源元件和電路元件間的互連線，再將集成電路、晶體管、二極管等有源器件的芯片和不便用薄膜工藝制作的功率電阻、大電容值的電容器、電感等元件用熱壓焊接、超聲焊接、梁式引線或凸點倒裝焊接等方式組裝成一塊完整電路。

介質薄膜是指在混合集成電路中，除SiO, SiO2, BaTiO3?、Y2O3、Si3N4 ,鉭基介質薄膜以外的其它介質薄膜 。

集成電路或稱微電路（microcircuit）、 微芯片（microchip）、芯片（chip）在電子學中是一種把電路（主要包括半導體裝置，也包括被動元件等）小型化的方式，并通常制造在半導體晶圓表面上。

前述將電路制造在半導體芯片表面上的集成電路又稱薄膜（thin-film）集成電路。另有一種厚膜（thick-film）混成集成電路（hybrid integrated circuit）是由獨立半導體設備和被動元件，集成到襯底或線路板所構成的小型化電路。

本文是關于單片（monolithic）集成電路，即薄膜集成電路。

集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點少，壽命長，可靠性高，性能好等優(yōu)點，同時成本低，便于大規(guī)模生產。它不僅在工、民用電子設備如收錄機、電視機、計算機等方面得到廣泛的應用，同時在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應用。用集成電路來裝配電子設備，其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍，設備的穩(wěn)定工作時間也可大大提高。