Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005_ (Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005), страница 2

При использовании биметаллических трафаретовбез больших трудностей достигается абсолютная погрешность размеровпорядка ±20 мкм.Приприменениисвободныхмасокрекомендуетсятакаяпоследовательность формирования слоев:1. резисторов;2. проводников и контактных площадок;3. межслойной изоляции;4. проводников;5. нижних обкладок конденсаторов;6. диэлектрика конденсаторов;7. верхних обкладок конденсаторов;8. защитного слоя.В каждом конкретном случае возможно упрощение типовойпоследовательности. Например, при отсутствии пленочных конденсаторовисключаются операции 5,6,7; при отсутствии изолированных пересеченийпроводников - операции 3,4.Метод контактной маски применяется в том случае, когда требуетсядостаточно высокая точность геометрических размеров пленочных элементов(абсолютная погрешность порядка 2 мкм).В качестве материала контактной маски используют фоторезист илилегко растворимые в слабых травителях металлы (медь, алюминий, магний,никель и др.).

Металлические маски отличаются повышенной термостойкостью.Последовательность изготовления резистивного элемента методом контактноймаски представлена на рис. 1.2.Рис. 1.2.а - напыление материала контактной маски, б - нанесение слоя фоторезиста, в экспонирование, г - проявление, д - травление материала контактной маскичерез фоторезистивную маску, е - удаление слоя фоторезиста, ж - напыление8резистивного материала, з - травление материала контактной маски; 1 подложка, 2 - слой меди, 3 - слой фоторезиста, 4 - фотошаблон, 5, 6 фоторезистивная и контактная маски, 7 - слой резистивного материала, 8 резистивная полоска.Метод двойной фотолитографии используется для получения высокойплотностикомпоновки,высокойточностирезисторов.Методвысокопроизводительный, не требует наличия вакуумных камер.Метод фотолитографии основан на нанесении резистивных ипроводящих пленок на всю поверхность подложки с последующимселективным травлением пленок, не защищенных фоторезистом.Для формирования резисторов, проводников и контактных площадокприменяются две фотолитографии (двойная фотолитография).

Вариантпоследовательности изготовления резистивного и проводящего элементов платгибридных МСБ методом двойной фотолитографии приведен на рис. 1.3.Рис. 1.3.а - напыление сплошных резистивного и проводящего слоев, б - нанесениепервого слоя фоторезиста, в - экспонирование первого слоя фоторезиста, г проявление первого слоя фоторезиста, д - травление проводящего слоя, е травление резистивного слоя, ж - удаление слоя фоторезиста, з - нанесениевторого слоя фоторезиста, и - экспонирование второго слоя фоторезиста, к проявление второго слоя фоторезиста, л - травление проводящего слоя, м удаление второго слоя фоторезиста, 1 - подложка, 2 , 3 - слои резистивного ипроводящего материаа, 4, 7 - слои фоторезиста, 5, 8 - фотошаблоны, 6, 9 фоторезистивные маски, 10 - резистор с контактными площадками.Некоторые характеристики методов формирования пленочныхэлементов приведены в табл.

1.1Таблица 1.1МетодСвободнаямаскаКонтактнаямаскаФотолитографияМинимальнаяширина элемента, мкм200...250Точностьобеспечениязазора, мкм±(30...50)Затраты впроизводствеМалые100...150±(20...30)50...80±(10...20)ОтносительныеСредниеОбластьпримененияМелкосерийноепроизводствоМелкосерийноепроизводствоСерийное,массовоепроизводство9Для тонкопленочных МСБ, содержащих резисторы, проводники иконденсаторы, используют совместно масочный и фотолитографическийметоды. Возможны при этом два варианта технологии.

Первый вариантсодержит следующую последовательность операций:1) Напыление резисторов через маску;2) Напыление проводящей пленки на резистивную;3) Фотолитография проводящего слоя;4) Поочередное напыление через маску нижних обкладок, диэлектрика иверхних обкладок конденсаторов;5) Нанесение защитного слоя.Второй вариант содержит операции:1) напыление сплошных резистивной и проводящей пленок;2)фотолитография и селективное стравливание проводящего слоя;3) напыление через маску нижних обкладок, диэлектрика и верхнихобкладок конденсаторов;4) нанесение защитного слоя.Двойная фотолитография с последующим селективным химическимтравлением рабочих слоев позволяет лучше использовать площадь подложки,так как ширина проводника в месте перекрытия равна ширине резистора(совмещение слоев обеспечивается автоматически).

Однако этот метод требуетучета технологической совместимости материалов пленок с точки зренияизбирательного удаления отдельных слоев.Расчет конфигурации пленочных элементов.Типовые конструкции тонкопленочных резисторов изображены на рис.1.5, 1.6.Рис. 1.5Конструкция резистора прямоугольной формы: а) структура резистора;б) прямоугольная полоска с К>10; в) прямоугольная полоска с К<1.10Рис. 1.6Конструкции резисторов сложной формы: а) составной; б) меандр; в) Zобразный.Исходнымидлярасчетапленочныхэлементовявляютсясхемотехнические данные и технологические возможности изготовления. Цельрасчета - выбор материалов и определение геометрических размеров и формпленочных элементов, обеспечение получения элементов с воспроизводимымии стабильными параметрами. При этом необходимо придерживатьсяопределенных принципов, позволяющих комплексно решать поставленнуюзадачу по разработке топологии МСБ.

Такими принципами являются:1. минимизация площади, занимаемой элементами, компонентами исхемой в целом; минимизация числа пересечений межэлементныхсоединений;2. равномерное расположение элементов и компонентов по площадиподложки микросборки;3. минимизация числа используемых материалов для реализациипленочных элементов;4.

повышение степени интеграции элементов и технологическихпроцессов.Пленочные резисторы в структурном отношении представляют собойполоску резистивной пленки, снабженную пленочными контактнымиплощадками с низким сопротивлением. Для изготовления пленочныхрезисторов используют разные материалы: металлы, сплавы, соединения,керметы. Характерной особенностью пленок является зависимость удельногообъемного сопротивления материала пленки ρ0 от ее толщины d. Для каждогоматериала определена толщина, при которой ρ0 материала являетсяоптимальным. Поэтому в пленочной технологии для каждого материалаотношение ρ0/d= ρкв - величина постоянная.Условно ρкв определяется как сопротивление квадрата резистивнойпленки, не зависящее от размеров квадрата и оценивается в Ом/кв.При этом сопротивление пленочного резистора определяется как11R=ρгде:K = (l/b)- коэффициент формы резистора (см.рис.1.6).Для группы резисторов с различными номинальными значениями,изготовленной из одного материала, оптимальное значение квадратарезистивной пленки ρкв.opt по критерию минимальной площади, занимаемойтонкопленочными резисторами, рассчитывается по формулеnρкв.opt.

= (1 − γ к )∑ Rii =1n∑ 1Ri =1(1)iгде : Ri - номинальное значение сопротивления i-го резистора; nγ к - погрешность коэффициента формы.резисторов в схеме;-числоγ к зависит от погрешностейгеометрических размеров: длины ∆l и ширины ∆b резистора:∆l ∆bγк =+lbДля масочных методов изготовления ∆l = ∆b = 10 мкм, а дляфотолитографии ∆l = ∆b = 5 мкм.Допустимая погрешность коэффициента формы γ к до п равна:γ к доп = γ R - γρкв - γ t - γτ - γ Rk(2)где: γ R - производственная погрешность, определяемая относительноПогрешность коэффициента формыизменения сопротивления пленочного резистора, вызванного любымидестабилизирующими факторами и обусловленная технологическимипогрешностями производства;γк в=∆ρк вρк в- погрешность воспроизведения величины ρкв резистивной пленки,зависящая от материала, способа и условий нанесения резистивного материала;(γ t = α R ⋅ t max − 20o C)- температурная погрешность, α R - температурный коэффициентсопротивления материала пленки (см.

табл. П.7);γ с т - погрешность, обусловленная старением пленки, вызваннаямедленным изменением структуры пленки во времени и ее окислением. Обычнодля МСБ γ с т не превышает 3% ;γ R к - погрешность переходных сопротивлений контактов - зависит оттехнологических условий напыления пленки, сопротивление квадратарезистивной пленки и геометрических размеров контактного перехода. Обычно12γ R к <2%.Если подкоренное выражение в соотношении (2) отрицательно, то этоозначает, что изготовление резистора заданной точности из выбранногоматериала невозможно.

В этом случае необходимо выбрать другой материал сменьшим значением температурного коэффициента сопротивления материалапленки α R , либо ужесточить требования к параметрам технологическогопроцесса изготовления МСБ.Конструкции тонкопленочных резисторов определяют по значениюкоэффициента формы К. При 1<К<10 рекомендуется резистор прямоугольнойформы (рис. 1.5. б), при К>10 - резистор сложной формы (рис.

1.6), при 0,1<К<1- резистор прямоугольной формы, у которого длина меньше ширины (рис. 5. в).Конструировать резистор с К<0.1 не рекомендуется, так как он будет иметьбольшие контактные площадки и занимать значительную площадь на подложке.Допустимая мощность рассеивания резистора Pдоп без изменения электрофизических свойств определяется удельной мощностью рассеивания Р0 материала пленки и площадью резистора S:2Pдоп = P0SR = P0·l·b > Pгде : P = I R - мощность, рассеиваемая резистором в схеме.Пленочный конденсатор представляет собой многослойную структуру,нанесенную на диэлектрическую подложку.

Для ее получения на подложкупоследовательно наносят три слоя: проводящий , выполняющий роль нижнейобкладки, слой диэлектрика и проводящий слой , выполняющий роль верхнейобкладки конденсатора.Конструкция конденсатора (рис. 1.7, а) должна обеспечитьвоспроизводимость параметров при минимальных габаритах в процессеизготовления и совместимость изготовления с другими элементами.13Рис. 1.7Конструкция пленочных конденсаторов: а) структура пленочного конденсатора;б) конденсатор с площадью обкладок от 1 до 5 мм2; в) конденсатор с площадьюобкладок более 5 мм2Конструкция, в которой контур верхней обкладки вписывается в контурнижней обкладки (рис.