Passive Device-Integration

Integration von passiven Komponenten in Thin-Film Multi-Layer

Die zur Herstellung integrierter passive Komponenten verwendeten Prozesse basieren auf der am Fraunhofer IZM etablierten Mehrlagentechnologie, bei der Kupfer als Leitermaterial und Polymer als Isolationsmaterial verwendet wird. Die einzelnen Lagen und Strukturen werden dabei so ausgelegt, dass sich induktive, kapazitive und resistive Eigenschaften ergeben.

Zur Herstellung von Spulen und Kondensatoren bedarf es zweier Metalllagen, die durch eine Isolationsschicht voneinander getrennt sind. Da die verwendeten Dünnfilmpolymere meist geringe Dielektrizitätskonstanten haben und nur in relativ dicken Schichten von einigen Mikrometern realisierbar sind, können unter Nutzung von Dünnfilmpolymeren als Kondensatordielektrikum, nur geringe Kapazitätsdichten von wenigen Picofarad pro Quadratmillimeter realisiert werden. Durch die lokale Einbringung von Isolationsmaterialien mit höherer Dielektrizitätskonstante, wie beispielsweise Glas oder Tantaloxid, die mit geringeren Schichtdicken hergestellt werden können, kann die Kapazitätsdichte jedoch stark erhöht und Werte von bis zu einigen Nanofarrad pro Quadratmillimeter erreicht werden.

Bei den Spulen können je nach Layout und Auslegung Werte zwischen unter einem Nanohenry bis zu mehreren Hundert Nanohenry realisiert werden.

Zur Herstellung von Widerständen wird eine dünne Nickel/Chrom-Schicht verwendet, die durch Kathodenzerstäuben abgeschieden und durch nasschemisches Ätzen strukturiert wird. Unter Verwendung eines Schichtwiderstandes von 100 Ohm pro Square können Widerstände in einem Wertebereich von 50 Ohm bis zu einigen Hundert Kiloohm realisiert werden.

Die vielfältigen Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel die Integration passiver Komponenten als Zusatzelemente auf integrierten Schaltkreisen macht die Herstellung integrierter passiver Komponenten auf Waferebene zu einer Schlüsseltechnologie, mit der die Miniaturisierung elektronischer Komponenten bei gleich bleibendem oder steigendem Funktionsumfang ermöglicht wird.

custom specific integrated double layer coils in redistribution layer on active IC

copper wiring and connected NiCr resistors realized on silicon substrate