Поляков В.И., Стародубцев Э.В. - Проектирование тонкопленочных ГИС (1051262), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Диэлектрическаяпленка должна быть достаточно плотной, иметь высокуюэлектрическуюпрочность,малыедиэлектрическиепотери,незначительную величину ТКЛР, сравнимую с ТКЛР подложки, иметьвысокую диэлектрическую проницаемость и не разлагаться принагревании. Лучше других этим требованиям удовлетворяютдиэлектрики, характеристики которых приведены в табл.
4.3«Основныехарактеристикидиэлектрическихматериаловтонкопленочных конденсаторов».НаименованиематериалаМоноокиськремнияМоноокисьгерманияБоросиликатное стеклоСтекло электровакуумноеС41-1ПятиокисьтанталаМатериалобкладокАлюминийА99Удельнаяемкость С0,пФ/см2Рабочеенапряжение, ВДиэлектрическая проницаемость ε начастоте f =1кГц(5 – 10)*10360 - 305-6(5 -15)*10310 - 511 - 12(2,5 -15)*10324 - 84(15 -40)*10312,6 - 6,35,215 - 1023Тантал ТВЧАлюминий (60 -200)*103А99Таблица 4.3. Основные характеристики диэлектрических материаловтонкопленочных конденсаторовКроме материалов, приведенных в этой таблице, дляизготовления тонкопленочных конденсаторов могут применятьсяокислы тантала, двуокись титана, титанат бария и др.
Эти материалыимеют большее значение диэлектрической проницаемости, чем окиськремния SiO или окись германия GeO и на их основе можноизготовлять конденсаторы большой емкости. Однако, из-за большихдиэлектрических потерь добротность таких конденсаторов низка, всвязи с чем их можно применять только в низкочастотных цепях ицепях постоянного тока. Все большее применение для изготовленияконденсаторов находят окислы редкоземельных металлов: лантана,иттрия и др. Для обеспечения наименьших потерь на высоких частотах,обкладки конденсаторов чаще всего напыляют из материалов с низким39электрическим сопротивлением. Материал обкладок должен легкоиспаряться, иметь низкую подвижность атомов при образованиипленки и невысокую энергию испаренных частиц (во избежаниедиффузии и внедрения атомов металла в диэлектрик).Практика показала, что для нанесения обкладок наилучшимматериалом является алюминий, применение которого обеспечиваетболее высокий процент выхода годных тонкопленочных конденсаторовпо сравнению с другими металлами.
Это объясняется сравнительнонизкой температурой испарения алюминия и невысокой подвижностьюего атомов на поверхности подложки. Удельное поверхностноесопротивление алюминиевой пленки достаточно мало и при ее толщине2500-5000 Å находится в интервале 0,2-0,06 Ом/□. Это обеспечиваетвысокую добротность тонкопленочных конденсаторов.Рекомендуется одновременно с изготовлением обкладокконденсаторов наносить и тонкопленочные проводники. При этомускоряется и упрощается техпроцесс изготовления микросхем исокращается расход алюминия.Следует помнить, что при температуре выше 180°С валюминиевых пленках образуются игольчатые кристаллы, способные вряде случаев проколоть тонкую диэлектрическую пленку. Поэтомутемпературу подложки и термообработки нельзя выбирать слишкомвысокой.Конденсаторы с малой величиной емкости рекомендуетсяпроектировать в виде двух пересекающихся проводящих полосок,разделенных слоем диэлектрика.Желательно, чтобы все конденсаторы, расположенные на однойподложке, были изготовлены на основе одной диэлектрической пленки.Для повышения точности и надежности конденсаторовнеобходимо выбирать наиболее простую форму обкладок.
Суммарнаяплощадь, занимаемая конденсатором на микроплате, не должнапревышать 2 см2, минимальная площадь конденсатора равна 0,5 * 0,5мм2.Емкость пленочного конденсатора определяется по формулеС = 0,0885 ⋅εd⋅ S (пФ),где d – толщина диэлектрика, см; S – площадь перекрытия верхней инижней обкладок, см2, она называется активной площадьюконденсатора; ε – относительная диэлектрическая проницаемостьматериала диэлектрика.Емкость на единицу площади называется удельной емкостьюконденсатора40С0 = 0,0885 ⋅εd пФ 2 . см Расчет пленочных конденсаторов сводится к определению егоактивной площади. Эта площадь рассчитывается по формулеS=С(см 2 ).С0Конструкция пленочного конденсатора определяется площадьюS (возможные варианты конструкции показаны на рис. 4.7).321б3212авРис.
4.7. Разновидности конструкций тонкопленочных конденсаторов;1 – диэлектрик; 2 – нижняя обкладка; 3 – верхняя обкладкаПри S ≥ 5 мм2 используется конструкция рис. 4.7 а, у которойплощадь верхней обкладки меньше, чем нижней.При 1 ≤ S ≤ 5 мм2 используется конструкция, представляющаясобой пересечение пленочных проводников (рис. 4.7 б).При 0,1 ≤ S ≤ 1 мм2 используются конструкции, представляющие собой последовательное соединение конденсаторов (рис. 4.7,в).Для повышения точности и надежности пленочныхконденсаторов форму обкладок необходимо выбирать простой, чтобыпериметр их был по возможности меньше.Расстояние между выводами обкладок конденсатора должнобыть предельно увеличено.414.3. Конструирование пленочных межсоединенийи контактных площадокПри конструировании гибридных ИМС, имеющих относительнонебольшие размеры, сопротивлением пленочных межсоединенийможно пренебречь.Конфигурацию межсоединений выбирают в виде полосокминимальной ширины, определяемой возможностями технологии.Желательно проектировать проводники как можно более простойформы.Контактные площадки в ГИС используются для подсоединенияк выводам корпуса и для подсоединения выводов навесных активныхэлементов.
В первом случае контактные площадки располагаютсяравномерно вдоль края подложки с учетом шага расположения выводовкорпуса. Во втором - контактные площадки могут располагаться влюбом удобном месте подложки, в том числе и на ее периферии.Для каждого вывода необходима своя контактная площадка. Нарис. 4.8. показан фрагмент принципиальной схемы (рис. 4.8. а) и еготопология (рис. 4.8. б).1VT1VT1VD1212VD1VT2аVT2бРис.
4.8. Пример подсоединения навесных элементов к контактным площадкамПри наличии в принципиальной электрической схеме элементовR и С, взаимно шунтирующих друг друга, выводы резисторанеобходимо располагать в одном слое. На рис. 4.9. показан фрагментпринципиальной схемы (рис. 4.9. а) с шунтирующими элементами и еготопология (рис. 4.9. б).CRCRбaРис.
4.9. Пример изменения слоя вывода резистора424.4. Проектирование защитного слояЗащитный слой необходим для предохранения пленочныхэлементов схемы от внешнего воздействия и предохранения выводовактивных элементов от короткого замыкания с пленочнымипроводниками.Защитным слоем обязательно должны быть покрыты элементысхемы, к точности которых предъявляются требования, и обязательноне покрыты контактные площадки.Если контактную площадку необходимо разместить в серединеподложки (рис. 4.10. а), то в маске защитного слоя над ней должен бытьматериал маски. В этом случае необходимо использовать составнуюмаску (рис. 4.10.
б и в)зaщитныйслойзaщитныйслоймаскамаскаКПабРис. 4.10. Пример использования составной маскивЗащитный слой выполняется из любой диэлектрической пленки,кроме пятиокиси тантала, т. к. она получается напылением тантала ипоследующим его окислением.5. Активные элементыВ качестве навесных активных элементов при конструированиигибридных пленочных микросхем применяются бескорпусныеполупроводниковые приборы. При разработке топологии микросхемынеобходимо предусмотреть на подложке свободные места (размером1*1 мм2) для установки активных элементов.43ЗаключениеВ учебном пособии, в доступной для самостоятельной работыформе, изложены вопросы, связанные с особенностями получениятонких пленок, представлены основные принципы проектированиятопологии ИС и компоновки электрической схемы устройства,разрабатываемого в виде гибридной интегральной схемы.Приведены методики расчетов геометрических размеровэлементов тонкопленочных интегральных схем.В заключение необходимо отметить следующее.
Пленочныеэлементы могут изготавливаться как по тонкопленочной, так и потолстопленочнойтехнологиям.Конфигурациитонкоитолстопленочных элементов одинаковы, но их конкретныегеометрические размеры (при заданных электрических параметрах)могут существенно различаться в связи с использованием совершенноразных материалов. Свойства пленочных элементов определяютсяконфигурацией, способом нанесения пленок, и, следовательно, ихфизическими, химическими, механическими и электрическимисвойствами. Процесс проектирования гибридных ИМС носиткомплексный характер, где решающую роль играют свойства пленок,возможности технологии, характеристики элементов и их влияние навыходные параметры ИМС.В последнее время для проектирования различных электронныхприборов используются новые физические и технологическиепринципы. Например, стали активно развиваться и применяться новыетехнологические процессы, такие как нанотехнология, микро инаноробототехника, интегральная наноэлектроника.
Однако это неозначает, что изложенный в учебном пособии материал теряет своюактуальность. В сантиметровом диапазоне СВЧ требуются элементымалых размеров (много меньше длины волны), которые следуетвоспроизводить с высокой точностью. Для этого как раз и необходиматонкопленочная технология. Она также обеспечивает меньшеесопротивление проводящих слоев по сравнению с толстопленочнойтехнологией и более высокую добротность элементов. Очевидно, что вближайшие годы, несмотря на быстрое развитие новых технологий,тонкопленочная технология не утратит своей актуальности.44Литература1. М.В. Савельев «Конструкторско-технологическое обеспечениепроизводства ЭВМ» Москва, «Высшая школа» 2001г. - 320 с.2. Романова М. П.Проектирование гибридно-пленочныхинтегральных микросхем: учебное пособие / М. П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
