К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 167
Текст из файла (страница 167)
ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ Важным фактором, определяющим прис- тическую целесообразность частотно-импульс- ного метода, юшяегся обеспечение линейного закона нарастания напрюкения ис(Г) на изме- рительном конденсаторе. Этого можно дос- тичь, если в диапазоне измеряемых значений Т постоянная времени зарядной цепи т, = В»Са» Т где Вэ - зарядное сопротивление ЗК Тогда и. = (/»(1 - е '/")» (/г/тэ = (/»г/(ВеС,). Следовательно, в момент времени Г = Г и, = Ц~ = Б„Т»/(ВеС„). (5.4.2) Решив (5.4.2) относительно измеряемого на- пряжения, получим (/» = гго ВэС»/~х.
С учетом типовой методики измерения временного интервала Т» (/» = (/в В Ст/(М„Т„) = В»/)Ч где Аг» и Т„- соотштстэенно число и период типовых импульсов (см. рис. 5.4.4, 6); В» = (~~ ВэС»/Тл - коэффициент пропорцио- нальности. Поскольку в частотно-импульсных вольтметрах используют напряжение зарядки измерительного конденсатора 1 г, и (Г) = — 113г11, С где гз - сила зарядного тока; С - емкость конденсатора, их называют интегрирующими.
В некоторых цифровых вольтметрах применяют двукратное интегрирование: два таки зарядки и разрядки конденсатора. В этом случае первый такт является вспомогательным, второй - рабочим. ПиФревью вольтметры е иедзарядлым кодоимлульсвым уравловевшвавием юшрявгтюг характеризую»од самыми высокими быстродействием и точностью среди вольтметров. Нх принцип работы основан на кодировании измеряемого напряжения путем его последовательного сравнения с рабочими мерами из набора, образованного по определенному правилу (аналогично со взвешиванием с помощью набора гирь различной массы).
Получаемый в процессе такого сравнения двоичный код определяет значение измеряемого напряжения, и после его преобразования результат высвечивается в виде многоразрядного десятичного числа в отсчетном устройстве. Важнейшим элементом таких приборов является набор образцовых компенсирующих напряжений, вырабатываемых в специальном преобразователе. На пракппсе лри разработке набора используют т-разрядный ряд слагаемых напрявгении с двукратным снюкением амплитуд от разряда к разряду.
Тогда образцо- все компенсирующие напряжение 1цш л-го разряда в наборе (/ = (/о/2", (5.4.3) где 1/о - наибольшее значение образцового напряжения; л = 1, 2,..., т - номера разрядов. На рис. 5.4.5, а показан набор образцовых напряжений, полученный по закону (5.4.3). Методика сравнения измеряемого ~» и компенсирующего 1/яя напряжений эаюпочается в поочередном сопоставлении значении Ц со значеюими (/кэ (/»1, (/»2 и т.п. ПРи этом каждая элементарная операция сравнения кодируется по принципу, показанному на рис. 5.4.5, б.
При недокомпенсацяи измеряемого напряженна 1/ т. е. при (/„> (/~ записывается код "Г и к предЬШущему значению 1/к» приГзлшяеия 1/»»+ 1. После этого сопостаюшется значение 11» уже с суммарным сигналом Ц» + Ц»ег и т.д. При перекомпенсации напряжения Ц,„ т.е. при (/» < (/к, записывается код "0" и это значение 1/„не учитывается при оценке конечного результата. На следующем шаге для сравнения с напряжением (/» используется последУющий сигнал г/к»41 < (/к» и т.д.
В нижней части дишраммы (рис. 5.4.5, В) записан соответствующий двоичный код (набор образцовых напряжений имеет значения, приведенные на рис. 5.4.5, а). Как видно из дишраммы, (/» = (/»1 + (/»3+ (/»4+ (/»5 = (/Э(1/2'+ + 1/23 + 1/24 .1. 1/25) (/х= Ц~ ) 1/2", »=) где / = а, р, у,,т - номера разрядов, начиная с нулевого, которым приписан код "1".
Структурная схема цифрового вольтметра с подзарядным уравновешиванием приведена на рис. 5.4.5, в. К сравнивающему устройству (СУ) подводятся измеряемое напра:кение (/ и набор образцовых компенсационньа напряжений, формируемых в блоке образцовых напряжений (ВОН). Автоматизация процедуры последовательного сравнения 1/» с напряжением (/ха обеспечивашся устройством управления (3'3'), содержаппгм тактовый генератор, счетчюс и логические схемы, предназначенные лдя размещения измеряемой информации в соответствующих разрядах выходного регистра (ВР). Выходной регистр фиксирует код, полученный в результате измерений значений (/»з и через дешифратор (ДТВ) высвечивает результат на отсчетном устройстве (ОУ).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 535 0 1 2 3 ф у р 7:и а) Рис. 5.4.5. Набор абризаэамх виямжеиаб (с), яааграиаи диа срааиеваи азиараеиага в яаиаевсаруищега ваврявиава (С) в егруатурваа еаеиа ивфрааага ааиьтиагра с иаизариииии ураавеаеюаааияеи (а) Рсбщ = Ряд + Риса + Р)У+ Рдеф зл.г. элекп ические параметры изделий МИЕРОЭЛЕЕТРОНИЕИ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ Основные функциональные элементы иэделий михроэлекгроннки (например, интегральных микросхем) состоят, как правило, из металлических, диэлектрических и полупроводниковых слоев с заданными свойствами.
Качество этих слоев, в конечном сиате влияет на основные параметры ИС. Измерение этих параметров дает возможносп управшпь технологическим процессом изготовления ИС, нх называют параметрами качества ИС. Париветры качества пленок металлов и силапов. Металлические пленки используются в ИС в качестве межэлементных соединений, контактных площадок, обкладок коцденсаторов, магнитных и резнстивных элементов.
Общими требованиями ко всем пленкам, используемым в ИС, являются высокая прочность связи (щцазии) с подложкой и соотаетствующий ей температурный коэффициент линейного расширения. Кроме того, пленки должны облапать требуемыми значениями злектропроводности. Под действием внешнего электрического поля элекгроны проводимости в метюспической пленке приобретают направленный импульс, появляется электрический ток. Электроны проводимости рассеиваются в пленке, на ее поверхности и в кристаллической решетке, на примесях и дефектах структуры.
По правилу Мштиссена процессы рассеяния алдитивны, т.е. где Рид, Рвщи Рль Рд ф - вклады в общее Уленьное сопРотнвюние Р бщ соответственно удельных сопротивлений идеальной кристаллической решетки, поверхности, примесей и дефектов структуры. Вклад Рдсф зависит от Условий осаждениа пленки н может быль соизмеРим с Риси, РАЬ Р . Для поликристаллической пленки концентрация "замороженных" дефектов рдсф изменяется в процессе се роста, особенно когда они чужтвительны к окислению и загрязнителям. Поскольку характер зарождения и роста пленок зависит от множества случайных Глим 5.4.
ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ факторов (чистоты поверхности подложки, ее шероховатости и т.п.), то трудно получить точное совпаление значений Р бщ ДЯЯ пленок одинаковой толщины. Поэтому в качестве характеригтихи пленок используют значения удельного сопротивления квадрата пленки, рп= р/( (5.4.4) где (Н - сопротивление каапрата пленки, Ом/квадрат; р - удельное элекгросопротивление, Ом см; 4(- толщина пленки, см.
Резистивные пленки ИС обычно изготовляют из материаяов, обющюоших высокими значениями удельного сопротивления. Это могут быль металлы (%, Мо, Ке, Та и др.), сплавы (нихром, сияишщы, карбиды и лр.), керметы (смеси испила и диэлектрика типа Сг-ЯО, Сг-ЯОт). В полупроводниковых ИС в качестве резисторов используются области полупроводника, легированного примесями лили р- типа. Основными электрофизическими характеристиками резистявиых слоев являются: уделъное электросопротивление р' температурный коэффициент сопротивления (ТКС) 4(Р а= — —, с ИТ ' где Т - температура; уровень ЭДС шумов и стабильность этих параметров.
В большинстве случаев предпочтительны малые значения ТКС, его независимость от технологических факторов и стабильносп при эксплуатации и хранении. Основные параметры качества диэлектрических пленен. Пленки диэпектршсов широко используются в ИС для формирования конденсагорных [меюлп-диэлектрик-меюлл (МДМ)[ и полевых [металл-диэлектрик-полупроводник (МДП)) струкгур, а также в качестве пассивирующих слоев.
В зависимости от области применения требования к характеристикам диэлектрических слоев несколъко различавпся. Наиболее жеопсие требования предъявляют к структурам типа МДП и МДМ. Диэлектрические пленки, используемые в МДП-структурах, должны иметь высокие стабильность и однородность, быль беспор истыми, высоко- чистыми и иметь заданные электрофизнческие параметры. Во многих ИС диэлектрические пленки работают при напряженности электрическош поля порядка 104 - 10г В/см, т.е. при значениях, весьма близких к пробивному напряжению для большинства объемных диэлектрических материалов. Основными параметрами тонкопленочного конденсатора типа МДМ являются удель- ная емкость С, тангено угла диэяектрических потерь 18 б, пробивное напряжение (/лр, температурный коэффициент емкости (ТКЕ). удельное апектросопротивление р и высокая стабильность этих параметров.
Емкость. С конденсаторной структуры олрелеляегся соотношением аоа~ -14 ао С= — =8,85 10 4яд б где ео - относительная диэпекгрическая проницаемосп вакуума; а - относительная диэлектрическая проницаемость материала изолятора; о" - площадь обкладок, смт; 4( - толщина диэлектричеокого слоя, см.
Точное определение толщины диэлектрика 4( в тонкопленочных структурах толщиной 10 з - 5 10' мкм затруднено из-за неровностей на границах раздела мегаплдиэлектрик, которые соизмеримы по толщине (10-з - 5 . 10 З мкм) с толщиной пленки диэлектрика. Например, при напылении моно- оксида кремния ($10) иа алюминиевые пленки при изштовлении тонкопленочных конденсаторов (ТПК) слой диэлектрика сглаживает неровности высотой до 0,025 мкм и копирует более высокие неровности.
Диэлектрические пленки, используемые в МДП-структурах, должны имен еше более высокие значения параметров качества. В этих структурах диэлектрики используются в виде очень тонких слоев (0,1 - 0,2 мкм). Этим толщинам соответствует наибольшие разброс харюстериспгк диэлектрических пленок и их зависимость от технологических ф астор о в процессов получения и обработки. В связи о развитием интегральной оптики (оптического аналога микроэлектроники) оптические свойспа диэлектрических пленок приобретают наибольшую значимость. Основным параметром диэлешричес кой пленки, используемой как оптический волновод, являются потери (или затухание) сигнала в дБ/см. Потери обусловлены главным образом поверхностным и в меньшей степени объемным рассеянием света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
