Презентация (Элементы тонкоплёночных ИМС)

Технологический анализ элементов тонкопленочных ИМСКонструкции пленочных конденсаторовКонструктивно-технологические ограничения припроектировании тонкопленочных ИМССвойства материалов элементовтонкопленочных ИМСЗащитныйслой (SiO2, Al2O3, Si3N4)Точность изготовления линейныхразмеров пленочных элементов ирасстояний между ними Δl, Δb, ΔL,ΔB и других при расположениипленочных элементов в одном слое31, 412321. С активнойплощадьюперекрытияобкладок4522. В видепересеченияпленочныхпроводников3.

В видепоследовательносоединенныхконденсаторов2334. Конденсатор сдиэлектрическойподложкой465. Гребенчатая2316. В виде двухпараллельнорасположенныхпроводящихпленок4Площадьконденсатора,мм2НазваниеэлементовМинимально допустимыйразмер резистора, ммПримечаниеS≥51≤S≤51 - диэлектрик;2 - нижняяобкладка;3 - верхняяобкладка;4 - подложка.0,1 ≤ S ≤ 1S < 0,1Нижняя обкладка ТПКдолжна выступать закрай верхней не менеечем на 200 мкм, адиэлектик - не менеечем на 200 мкм за крайнижней обкладки.Выводы обкладок ТПКв местах коммутации сдругими элементамидолжны выступать заслой диэлектрика неменее чем на 500 мкм.Для повышенияточности и надежностиТПК необходимовыбирать наиболеепростую формуобкладок.

Суммарнаяплощадь, занимаемаяТПК на микроплате, недолжна превышать 2см2, минимальнаяплощадь ТПК равна0,5х0,5 мм2.±0,01±0,01±0,01S < 0,10,050,30,10,30,30,1Материал элементатонкопленочной ИМСОсновные электрофизические характеристикиМинимально допустимыерасстояния между пленочнымиэлементами, расположенными водном слое a,мм0,30,10,30,10,05ПодложкаОтносительная диэлектрическаяпроницаемость ε(f = 1010 Гц, t = 20°C)Тангенс угладиэлектрическихпотерь tgδКоэффициентТКЛР,теплопроводности, α·10-7, 1/°Сλ·10-2, Вт/(м·°С)Максимально допустимоесоотношение размеров l/b1010030100100Ситалл СТ-38-17,3-8,0150,03838Сапфир9,910,25150-67Поликор (99,8%)9,810,25175А-995 (99,8%)9,6510,16762ГМ (99,6%)9,810,167-0,25180Сапфирит (98%)9,3-9,610,209-0,251-22ХС (94,4%)9,3100,13461Брокерит (97%)6,861,6775-92AlN9 (при 106 Гц)1·10-4(при 106 Гц)0,73-0,946Резистор(контактная площадь)Удельнаяповерхностьсопротивленияρs опт, ОмДиапазонДопустимаяноминальных мощностьзначений, Ом рассеянияP0, Вт/см2ТемпературныйкоэффициентсопротивленияTKR, α·10-4, 1/°ССтабилизация за1000 ч, %Хром ЭРХ 4 ТУ530-70200-1,02,02,0Хром ГОСТ 5905 -67(медь луженая)50050...30 0001,00,6-Нихром Х20Н80ГОСТ 12766-72 (медь)30050...30 0002,01,01,2Тантал ТВЧ ТУ 95.311-7510...10050...100 0003,0-2,05,0РЭТУ 1244-67(Аl с подслойкой V)20...100100...10 0003,0-2,05,0Кермет К50 ЕТО.21.033ТУ1000...3001000...10 0002,0-5...+30,5Кермет К-50С5000500...200 0002,0-40,510 000104...1052,0-50,50,2ЕТО.021.013 ТУ (золотос подслойкой нихромаили хрома)1000...3000-2,00,50,60,5Кермет К-20ЕТО.021.033 ТУ (золотос подслойкой нихромаили хрома)РС 3001ГОСТ 22025-76800...3000-5,01,00,5ЕТО.021.019 ТУ1000100...50 0002,00,2-РС 3710 ЕТО 021.034 ТУ300010002,00,3-ДиэлектрикС0 max, пФ/мм2εtgδEпр·105, В/ммAT, ТКС·10-4,1/°СSiO (ГОСТ 5.634-70)1005,60,01...0,022...32,0±(1,5...6)SiO2, БКО 0.028.004 ТУ1005,60,002..0,022...32,0±(1,5...6)ЕТО 0.021.014 ТУ15010...120,001..0.011,03,0-1,0Ta2O52000230,022,04,0±(2...5)Al2O3850100,0079,02,5±(1...3)GeO (ГОСТ 19502-74)50...15011...12(5...7)10-31,03,0-Проводящие слоиТолщина слоя, мкмУдельное поверхностноесопротивление ρS, ОмМедь вакуумнойплавки МВ0,6...0,80,02...0,03Алюминий А 970,2...0,50,06...0,1Золото Зл 999,90,6...0,80,03...0,5Максимально допустимоерасстояние между пленочнымиэлементами, расположенными вразных слоях c, мм0,20,1≥0,2≥0,10,20,1≥0,2≥0,10,1≥0,10,50,20,50,40,2Минимальная ширина пленочныхпроводников l, мм0,100,050,10,10,05Минимально допустимоерасстояние между краемпленочного резистора и краем егоконтактной площадки j, мм0,20,10,20,10,1Минимально допустимыерасстояния, мм:между краями диэлектрика инижней обкладки конденсатора fмежду краем диэлектрика исоединением вывода конденсаторас другим пленочным элементом hczhмежду краями верхней и нижнейобкладок конденсатора gКонструкции пленочных резисторов0,10,10,10,1Lf1B4от пленочного конденсатора доприклеиваемых навесныхкомпонентов zfКонструкциирезисторовУсловие выбораконструкцииконденсатораНазваниеэлементов0,20,3Примечаниеg21121.

Полосковый1<kф<10 (L/B>1)0,1<kф<1 (L/B<1)52. z - образныйkф>101 - резистор;2 - контактнаяплощадка.23. Меандрkф>1034; 5. Составныеkф>10между краем диэлектрика и нижнейобкладкой конденсатора в местевывода верхней обкладки cПленочные резисторыкак элементыразличаются большимконструктивнымразнообразием. Прииспользованииразличныхрезистивныхматериалов ивыбранных топологийв пленочномисполненииможно выполнятьширочайший диапазонноминальныхзначений. Еслитребуется высокаяточность выходныхпараметров, то можноиспользоватьпоследующуюподгонку.Конструкциюрезистора выбираютисходя изкоэффициента формыkф=R/ρS.BМинимальная площадь перекрытия2обкладок конденсаторов LхB, ммМаксимальное отклонение емкостиконденсатора от номинальногозначения, %Минимальное расстояние отпроволочного проводника иливывода до края пленочногопроводника, не защищенногоизоляцией k, ммРезисторМежэлементнаяразводка-ЭБКLНижняяобкладка0,100,15Минимальное расстояние отпленочных элементов до края платыd, ммdПодложкаКонтактнаяплощадка0,1Перекрытия для совмещенияпленочных элементов,расположенные в разных слоях e,ммjДиэлектрикКонтактнаяплощадкаba0,1 ≤ S ≤ 1blblКонструкцияконденсатора±0,01±0,01ТАc4МФЭИe1МФНаименование ограниченияТопологический экскизВерхняя обкладка0,5х0,5±120,2В числителе и знаменателе графы М/Ф показаны ограничения соответственнодля масочного (М) и фотолитографического (Ф) методов изготовленияпленочных элементов; в графе МФ/ЭИ в числителе - знаменателе приведеныданные для комбинированного масочно-фотолитографического и электронноионного метода; графа ТА - данные по танталовой технологии.Стабильностьза 1000 чОчистка поверхности подложекКлассификация методов очистки пластин и подложекТипичные загрязнения подложек и их источникиОсновные источники микрочастиц пылиОчистка подложекГ8%Масла и жирыМасла от машинной обработки, отпечатки пальцев, жиры с открытыхучастков тела, средства для волос, мази, лосьоны для рук, мылоСиликоныАэрозоли для волос, кремы, лосьоны после бритья, лосьоны для рук,мылоМеталлыПорошки и отходы машинной обработки и шлифовки, изготовлениеметаллических частей, частицы из металличесчких банок для храненияи металлических контейнеровИонные примесиПродукты дхания, отпечатки пальцев (хлорид натрия).

Примеси изочищающих растворов, содержащие ионные детергенты. Некоторыефлюсы. Примеси от предварительной химической операции, такой кактравление или металлизацииНеионные примесиНеионные детергенты, органические материалы для обработкиРастворимые примесиОчищающие растворители и растворыО25%П - обслуживающий персоналТП - технологический процессО - оборудование, оснастка, средства автоматизацииГ - газы и химикатыВ - воздушная средаФизическаяХимическаяФизическаяХимическаяПлазмохимическое травлениеПродукты окисления некоторых металловГазовое травлениеОкислы и окалинаВ7%Ионное травлениеГорные породы, песок, почва, зола, пепелСухаяОтжигСиликатыТП25%ЖидкостнаяКислотное травлениеОдежда, ткани, бумажные изделияОбезжиривание в мыльных иперекисных аммиачныхрастворахВолокна (нейлон, целлюлоза и т.д.)Промывание в водеВозможные источникиОбезжиривание ворганичесеких растворителяхП35%ЗагрязненияЭтапы очистки подложки нитрида алюминия1.

Обезжиривание УЗ - эмульгированиемЭмульсионный раствор наводной основе MultiEx 3D (1:3)Tрабочая=20-40°Сt=30 мин2. Отмывка от остатковэмульсии погружениемв чистый растворительРастворитель Прозонt=5 мин4. Кипячение в ПАРTрабочая=50-60°Сt=7 мин0,635Схема УЗ - очистки в протокеВаннаПодложка AlN100Кассета с пластинамиRa=0,6 мкмКонцентраторУЗГУЗ-генератор3. Обезжиривание впарах растворителяСмесь бензола и ацетона (1:1)t=15 минМагтнитострикционныйизлучатель5. Промывка горячейдеионизованной водойв протоке в многокаскадныхваннахРаствор: H2O2 : NH4OH : H2O = 1:1:4Tрабочая=80-90°Сt=20 минВ процессе обезжиривания пероксидразлагается с выделением атомарногокислорода: 2H2O2 = O2 + 2H2O6. Инфракрасная сушкаt=10 минХарактеристики подложек нитрида алюминияСпособы уменьшения шероховатости подложекнитрида алюминияКерамическая подложка (AlN)Керамические подложки нитрида алюминия получают спеканием порошка нитрида алюминия при температурах,близких к температуре плавления.

Преимущество нитрида алюминия перед другими материалами обусловленоуникальными сочетаниями его физических и электрических характеристик: высокой теплопроводности, хорошихэлектроизоляционных свойств, умеренного коэффициента теплового расширения при относительно невысокойстоимости. В последнее время ряд зарубежных фирм выпускающих электронные компоненты, переходят наиспользование нитрида алюминия практически во всех областях, где раньше традиционно применялись окисьбериллия.

Наиболее интенсивно нитрид алюминия используется для изготовления корпусов и подложекинтегральных схем, мощных транзисторов, поглотителей и оконечных нагрузок.ГлазурованиеПолировкаСнижение шероховатости достигается путемглазурования поверхности керамики тонким слоембесщелочного стекла. При этом падаеттеплопроводность.После полировки шероховатость уменьшается, однакополировка загрязняет поверхность подложки.Ионно-лучевая полировкаПри ионно-лучевой обработке ионы плазмы инертных ихимически активных газов травят поверхностный слой пленкитого же или другого материала, предварительно осажденногона нодложку, с одновременной полировкой.Схема ионно-лучевой полировки подложки нитрида алюмсинияAr12dпAr9+θ+3калож8аяескподчми00AlN..300.14аКер7Сравнение подложек AlN, выпускаемых разными фирмамиω51 - термокатод;2 - разрядная камера;3 - смещаемые сеткидля вытягивания ионов;4 - пленка AlN, наносимаяперед ионно-лучевойполировкой;5 - рабочая камера;6 - подложкодержатель;7 - ионный луч;8 - нейтрализатор;9 - соленоид.6S0Наименование характеристикНЭВЗMARUWA (Япония)LEATEC (Тайвань)Clec Group (Китай)CeramTec AlunitСодержание AlN, %9898989898ЦветСерыйСерыйСерыйСерыйСерыйКажущаяся плотность, кг/м333003300330033003330Предел прочности на изгиб (20°С), МПа260250450320360Модуль упругости (20°С), ГПа320-320320320Теплопроводность (20°С), Вт/(м·К)180 - 220200180180180Коэффициент теплового расширения (25-1000°С)6,24,05,04,74,7Диэлектрические потери, (1 МГц, 25°С)0,00030,00030,0003Диэлектрическая проницаемость, (1 МГц, 25°С)8,79,08,79,09,0Объемное удельное сопротивление, (20°С), Ом·см10151014101410131013Шероховатость поверхности, мкм--0,3-0,6Сравнение ионных источниковИсточник с замкнутым дрейфом электроновИсточник типа «Кауфман»ТермокатодАнод0,0004МагнитВлияние шероховатости подложки на элементы тонкопленочных ИМСТонкопленочные резисторыВерхняя обкладкаДиэлектрикТонкопленочные конденсаторыМежэлементнаяразводкаНижняяобкладкаКерамическая подложка AlNПри изготовлении тонкопленочных конденсаторов сначала наносится металлический слойнижней обкладки, затем диэлектрик и, наконец, слой верхней обкладки.