Примеры выполнения домашнего задания (1072661)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Примеры домашнего задания №1

Вариант 1. Начертить схему тонкопленочного резистора с сопротивлением R=500±5 Ом, выполненного из Ta, с топологическими размерами a=2,5 мкм и b=200мкм. Составить технологическую схему процесса нанесения тонкой пленки на подложку Ø 100 мм, выбрав наиболее рациональный метод осаждения пленки. Рассчитать режимы нанесения тонкой пленки, обеспечивающие технологическую производительность Q_т=40 пластин/час.

Вариант 2. Начертить схему тонкопленочного конденсатора с емкостью C= 7^.10^-3 ± 2^.10^-4 пФ, в котором диэлектрическая пленка выполнена из SiO₂, с площадью металлических обкладок S=4,5^.10^-6 см². Составить технологическую схему процесса нанесения тонкой пленки на подложку Ø 75 мм, выбрав наиболее рациональный метод осаждения диэлектрической пленки. Рассчитать режимы нанесения тонкой диэлектрической пленки, обеспечивающие технологическую производительность Q_т= 90 пластин/час.

Вариант 3. Начертить схему металлизации ИС с номинальным сопротивлением R= 0,2 Ом, выполненной из Al с топологическими размерами a=3 мкм и b=60 мкм и допустимым отклонением ΔR=± 0,05 Ом. Составить технологическую схему процесса нанесения тонкой пленки на подложку Ø 75 мм, выбрав наиболее рациональный метод. Рассчитать режимы нанесения тонкой пленки, обеспечивающие технологическую производительность Q_т= 75 пластин/час.

Примеры выполнения домашнего задания

Пример 1.

Начертить схему тонкопленочного резистора с сопротивлением R=500±5 Ом, выполненного из Ta, с топологическими размерами a=2,5 мкм и b=200мкм. Составить технологическую схему процесса нанесения тонкой пленки на подложку Ø 100 мм, выбрав наиболее рациональный метод осаждения пленки. Рассчитать режимы нанесения тонкой пленки, обеспечивающие технологическую производительность Q_т=40 пластин/час.

h

Контактная площадка

Тонкопленочный резистор

Диэлектрическая подложка

a

b

Рис. 1 Схема тонкопленочного резистора толщиной h, длиной b и шириной a

Сопротивление резистора равно R=500 ±5 Ом

отсюда

Погрешность сопротивления ±5 Ом может возникнуть из-за разброса значения удельного сопротивления материала резистора ρ_с в результате неоднородности состава и неравномерности толщины h тонкой пленки (длину b и ширинуa резистора принимаем постоянной). Неоднородность состава зависит от значения коэффициента загрязнения пленки γ, а неравномерность толщины – от разброса скорости осаждения пленки в центре и на периферии подложки.

Составим технологическую схему процесса нанесения тонкой пленки.

Ø 100

Рабочий газ Ar

Реактивный газ N₂, O₂, C_xH_y

r

Откачка S₀

Ta

Рис. 2 Технологическая схема нанесения тонкопленочного резистора

Выбор метода нанесения тонкой пленки должен начинаться с анализа возможных вариантов по критерию экономической целесообразности, т.е. анализировать надо, начиная с самого простого и заканчивая самым сложным методом (если не подошли все предыдущие). Условно примем следующую иерархическую последовательность – от самого простого к самому сложному методу:

1. Термическое испарение.

2. Диодное на постоянном токе ионно-плазменное распыление.

3. Диодное ВЧ ионно-плазменное распыление.

4. Триодное ионно-плазменное распыление.

5. Ионно-лучевое распыление (с автономным источником ионов).

6. Магнетронное ионно-плазменное распыление.

Рассчитаем режимы нанесения тонкой пленки, обеспечивающие заданную технологическую производительность Q_т=1/t_о=V_о/h, где t_о и V_о – соответственно, длительность и скорость осаждения пленки.

Чтобы обеспечить заданную Q_т= 40 пластин/час. при толщине пленки 9,6^.10^-2 мкм скорость осаждения должна составить

.

Т.к. тантал относится к тугоплавким материалам, то выбираем для расчета электронно-лучевое испарение. При температуре испарения тантала Т_и=3330 К давление насыщенного пара составляет р_нас=1 Па. Скорость испарения тантала равна

.

При площади испарителя 10^-3 м² и r=100 мм максимальная скорость осаждения равна

или

где - плотность распыляемого материала, кг/м³.

Сравниваем с требуемой скоростью осаждения: 6,5^.10^-4<1^.10^-3мкм/с – метод не подходит.

Следующим рассчитываем метод диодного на постоянном токе ионно-плазменного распыления.Скорость распыления тантала равна

где S – коэффициент распыления, атом/ион (из таблицы); j_i-плотность ионного тока, А/м² (из таблицы); M-молекулярная масса (кг/кмоль) распыляемого вещества; q_e- заряд электрона, Кл; N_A– число Авогадро, атом/кмоль.

При площади мишени 3^.10^-3 м² и r=100 мм максимальная скорость осаждения равна

или

Сравниваем с требуемой скоростью осаждения: 7,1^.10^-6<1^.10^-3мкм/с – метод также не подходит.

Анализ других методов ионно-плазменного распыления показывает (см. таблицу), что необходима существенно большая плотность ионного тока, т.е. магнетронный метод.

Скорость магнетронного распыления тантала равна

При максимально возможной площади мишени 3^.10^-3 м² (Ø 60) и r=50 мм максимальная скорость осаждения равна

или

Сравниваем с требуемой скоростью осаждения:5,97^.10^-2>1^.10^-3мкм/с – метод подходит.

Неравномерность толщины пленки рассчитаем исходя из следующей схемы:

Ø 100

h_min

h_max

r

l

φ

Ta

Ø 60

Рис. 3Схема появления неравномерности толщины пленки

Скорость осаждения на периферии подложки с учетом диаметра мишени 60 мм и расстояния от мишени до края подложки

, Cosφ=CosΘ=r/l=50/53,85=0,93

равна

.

Таким образом, неравномерность толщины пленки составляет

Δ=4,4^.10^-2/5,97^.10^-2=0,737.

При такой неравномерности толщины сопротивление пленки составит

,

что не отвечает допустимому разбросу сопротивления 500 ±5 Ом.

Одним из способов уменьшения неравномерности толщины пленки является увеличение расстояния от мишени до подложки, однако при этом уменьшается и скорость осаждения пленки. По формуле для максимальной скорости осаждения V₀ (при Cosφ=CosΘ=1)

рассчитаем максимально допустимое расстояние r от мишени до подложки:

При этом

Cosφ=CosΘ=r/l=386/386,5=0,998=1, V_o=V_o,зад.=10^-3 мкм/с, Δ=1, R=R_ном.

Еще одним фактором, который может изменить сопротивление пленки является коэффициент загрязнения пленки γ, для определения которого необходимо выбрать вакуумный насос окончательной откачки рабочей камеры.

Выбираем турбомолекулярный вакуумной насос окончательной откачки, который обеспечивает давление в вакуумной камере 10^-4 Па с парциальными давлениями остаточных газов, определяемыми по следующей упрощенной методике:

- из спектрограммы остаточных газов ТМН измеряем длину отрезком всех газов, сумму которых можно считать соответствующей общему давлению 10^-4 Па, а парциальное давление каждого газа – соответствующим отношению длины каждого отрезка к суммарной длине умноженному на 10^-4 Па;

- из таблицы принимаем давление рабочего газа аргона 0,1 Па.

Для ТМН длины отрезков составляют: водород (М=2 а.е.м.) 6 мм, гелий (М=4 а.е.м.) 25 мм, атомарный кислород (М=16 а.е.м.) 7 мм, пары воды (М=18 а.е.м.) 15 мм, азот (М=28 а.е.м.) 4 мм, аргон (М=40 а.е.м.) 1,5 мм. Сумма длин отрезков равна 6+25+7+15+4+1,5=58,5 мм.

Парциальное давление водорода составляет 6:58,5^.10^-4=1,03^.10^-5 Па.

Парциальное давление гелия составляет 25^.58,5^.10^-4=4,27^.10^-5 Па.

Парциальное давление атомарного кислорода составляет 7:58,5^.10^-4=1,2^.10^-5 Па.

Парциальное давление паров воды составляет 15:58,5^.10^-4=2,56^.10^-5 Па.

Парциальное давление азота составляет 4:58,5^.10^-4=6,8^.10^-6 Па.

Парциальное давление аргона составляет 1,5:58,5^.10^-4=2,56^.10^-6 Па.

Коэффициент загрязнения пленки определяется следующим выражением:

,

где p_i - парциальное давление i-го газа (“загрязнения”), Па; _i - коэффициент аккомодации i-го газа (“загрязнения”); T - температура стенок вакуумной камеры, К; M_i - молекулярная масса i-го газа (“загрязнения”), кг/кмоль; V_о - скорость осаждения пленки, кг/(м^2.с); M_м - молекулярная масса материала пленки, кг/кмоль; k – постоянная Больцмана, Дж/К; N_A – число Авогадро, шт./кмоль.

Из графика следует, что при таком коэффициенте загрязнения удельное сопротивление тантала меняется не существенно.

Таким образом, метод магнетронного распыления удовлетворяет поставленным требованиям по изготовлению тонкопленочного резистора.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы