Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Большая шероховатость поверхности подложки снижает надежность тонкопленочных резисторов и конденсаторов, так как при наличии мнкронеровностей толщина резистивных и диэлектрических пленок становится неравномерной. При толщине пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей примерно 25 нм, Следовательно, обработка поверхности подложки для тонкопленочных микросхем должна соответствовать 14 классу шероховатости. Толстые пленки имеют толщину 10..50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных микросхем могут иметь микронеровности до 1...2 мкм, что соответствует 8...10 классам шероховатости.
Для обеспечения хорошей адгезин пасты к подложке высота микро- неровностей должна быть 50...200 нм. Керамика имеет значительную шероховатость поверхности, что затрудняет получение воспроизводимых номиналов тонкопленочных элементов. Увеличение класса чистоты обработки поверхности глазурованием керамики слоем бесщелочного стекла приводит к значительному уменьшению тсплопроводности, Если требуется обеспечить хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жесткость конструкции, то применяют металлические подложки: алюминиевые, покрытые слоем диэлектрика или эмалированные стальные. Габаритные размеры подложек стандартизованы (60ус48 мкм).
Обычно на стандартной подложке групповым методом изготавливают несколько гибридных микросхем. Деление подложки на части, кратные двум и трем, дает ряд типоразмеров плат, соответствующих размерам посадочных мест в стандартных корпусах для гибридных микросхем. Платой называется часть подложки с расположенными на ее поверхности пленочными элементами одной ГИС (гибридной микросхемы). Толщина подложек составляет 0,35...0,5 мм. Размеры подложек имеют только минусовые допуски в пределах (0,1...0,3 мм).
5.3. КОНСТРУКЦИИ ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Конструкции пленочных резисторов. Пленочный резистор располагают на поверхности диэлектрической подложки. Конструктивно он состоит из резистивной пленки, имеющей определенную конфигурацию, н контактных площадок. На рис. 5.1 показаны наиболее распространенные конфигурации таких резисторов. С учетом требований автоматизации проектирования во всех этих конфигурациях отсутствуют пересечения не под прямым углом и криволинейные контуры.
Пленочные резисторы должны обладать высокой стабильностью сопротивления во времени и в интервале температур, низким уровнем шумов, малыми значениями паразитных параметров, требуемой мощностью рассеяния и минимальной занимаемой площадью. 1ЗЗ Рнс. 5.2. Схематическое нзойраженне прохождения электрического тока через квадратный участок резнстнвной пленки, поясняющее смысл удельного поверхностного сопротивления (к 1 1к Ф в) ( е) е) лс+рп( — ) +2мк, (5.1) !55 154 Рнс. 5.1. Конструнння полоскового резистора (о) н конфнгураннн пленочных резнсто- ров сложной формы: типа мсандр (б), составных (в, д, е), Е-образного (г): т — тело реанетора: р — и *но ниа провоаник; 3 в оалаетн контактов ревиетнвноа пмнки е плено инни провОди ка ; Л вЂ” днвлектрнееекан п д ожка Значение сопротивления пленочного полоскового резистора определяется по формуле где р„ — удельное объемное сопротивление; (с„ — переходное сопротивление областей контактов резистивной и проводящей пленок; 6 — толщина резистивной пленки.
У высокоомных резисторов сопротивление областей контактов обычно значительно меньше сопротивления резистивной пленки, поэтому (та=(ро/6) ((/Ь)=р, Кр, (5.2) где р,=р,/6 — удельное поверхностное сопротивление (сопротивление квадрата пленки толщиной 6); Ке=(/Ь вЂ” коэффициент формы резистора. Удельное поверхностное сопротивление пленки или любого другого тонкого слоя (например, диффузионного, ограниченного р-п переходом, см. $ 2.4) играет важную роль в расчетах, связанных с сопротивлением элементов различных конфигураций, формируемых из тонких слоев резистивного материала. На рис. 5.2 показан квадрат резистивной пленки толц1иной 6 со стороной ( и плошадью поперечного сечения Я. Через его боковые грани протекает электрический ток (.
Из известного выражения ((=р,(/Я можно получить выражение для удельного поверхностного сопротивления однородного слоя резистивного материала с равномерной толщиной (: (5.3) Заметим, что абсолютное значение ( не играет никакой роли: если пленочный элемент квадратный, то сопротивление этого элемента не зависит от размеров квадрата. Именно поэтому для характеристики тонкого однородного слоя употребляют частное от деления удельного обьемного сопротивления материала слоя на толщину слоя. Оно измеряется в омах на квадрат.
Использование понятия удельного поверхностного сопротивления весьма удобно для расчета сопротивления лс пленочных элементов произвольной формы. Сопротивление полоскового резистора вдоль длины полоски ( можно легко рассчитать путем умножения удельного поверхностного сопротивления на число квадратов со стороной Ь, укладывающихся на длине этой полоски ( (оно равно (/Ь, см. ф-лу (5.2) ).
Аналогично поперечное сопротивление этой полоски можно рассчи~ать путем деления удельного поверхностного сопротивления на число параллельно соединенных квадратов (тоже равное (/Ь). Расчеты подобного типа характерны при конструировании гибридных микросхем. Удельное поверхностное сопротивление тонких пленок для наиболее широко применяемых материалов лежит в пределах от 100 до 10000 Ом/П, толстых пленок в пределах 10 Ом...! ЫОм/П. Коэффициент формы прямоугольных резисторов Ке —— 0,1...100.
Для высокоомных резне~оров необходимы большие значения Ке, Повышение Ке возможно уменьшением Ь и увеличением (. Значения Ь ограничены по минимуму возможностями технологии, требованиями к точности сопротивления и рассеиваемой мощностью, а значения ( ограничены по максимуму как возможностями технологии, так и приемлемыми габаритными размерами резисторов. Например, при формировании тонкопленочных резисторов с помощью масок Ке- 1О, так как длинные щели в маске снижают жесткость ее конструкции.
Низкие значения Кф в основном ограничиваются приемлемыми габаритными размерами низкоомных резисторов при технологических ограничениях на минимальные расстояния между контактными площадками (. Размеры контактной области должны выбираться такими, чтобы при наихудших сочетаниях геометрических размеров резистивного слоя и контактных площадок резистивная и проводящая пленки перекрывались и обеспечивалось малое переходное сопротивление контакта в низкоомных резисторах (Р(10 Ом).
(5.4) (АЦР)т=а, ЬТ=а, (Т вЂ” Т„), где ҄— нормальная температура (20 'С). Коэффициент старения пленочного резистора определяет временную нестабильность сопротивления. Он тоже практически равен коэффициенту старения удельного поверхностного сопротивления; К я=(~И/17) / М~ К о = (бр,/ р ) / Л1, (5.5) где 51 — промежуток времени, в течение которого поверхностное сопротивление изменилось на величину ар,. Удельное сопротивление изменяется в процессе эксплуатации и хранения микросхемы вследствие постепенного изменения структуры пленки и ее окисления. С увеличением нагрузки (мощности рассеяния) и повышением рабочей температуры интенсивность старения материала возрастает.
За время ! эксплуатации или хранения относительное изменение сопротивления составит (Л17/17)„ж К„р,1 . (5.6) Нагрузочная способность пленочных резисторов определяется удельной мощностью рассеяния Ро. Для уменьшения размеров резистора желательно выбирать резистивный матер~(ал с большей удельной рассеиваемой мощностью Р„. Значение удельной мощности ограничивается максимальной рабочей температурой резистивной пленки Тя„„.
Для тонкопленочных резистотпов Ро= 10...30 мВт/мм~, для толстопленочных Ро=40...80 мВт/мм . Паразитные индуктивность /.и и емкость Со определяют частотные свойства пленочных резисторов. Индуктивность (мкГн) пленочного резистора прямоугольной формы 1.„=2 ° 10 ~1(!п(2!/Ь)+О 255 Ь/1+05~1, (5.7) где 1, Ь вЂ” размеры резистора, см, 156 Температурный коэффициент сопротивления (ТКК) пленочного резистора определяется в основном нестабильностью удельного поверхностного сопротивления, отношение же 1/5=Ко с изменением температуры меняется практически очень мало в силу того, что резистивный слой жестко сцеплен с подложкой, имеющей малый температурный коэффициент линейного расширения (обычно меньше 10 з "С ') Таким образом, ТКК пленочного резистора ая со„, где а„,— температурный коэффициент удельного поверхностного сопротивления, зависящий от состава материала и толщины пленки, а также условий ее формирования.
Относительное изменение сопротивления пленочного резистора при изменении его температуры на ЛТ состав- ляет Влияние индуктивного сопротивления резистора оэ1,д на полное !2я! — [Я +(о 1 л)1 (5.8) проявляется в низкоомных резисторах на достаточно высоких частотах при (оо1д)о эО,!/с', т. е. при оо1я/Я)0,3, Паразитная емкость пленочного резистора в основном определяется емкостями резистивного слоя и контактных площадок. Наибольшее их влияние на полное сопротивление проявляется в высокоомных резисторах. Приведенные выше параметры пленочных резисторов определяются свойствами применяемых резистивных материалов, толщиной резистивной пленки и условиями ее формирования.
Для создания гибридных микросхем необходимы резистивные пленки с удельным поверхностным сопротивлением р, от 10 до 10000 Ом/П. Чем меньше толщина пленок, тем выше р„но одновременно повышается ТКИ, а также ухудшается временная и температурная стабильность пленок. В качестве резистивных материалов тонкопленочных резисторов используют чистые металлы и сплавы с высоким электрическим сопротивлением, а также специальные резистивные материалы— керметы, которые состоят из частиц металла и диэлектрика (например, Сг и 510). Широко распространены пленки хрома и тангала. Сплавы имеют большее значение р, по сравнению с пленками чистых металлов.
На основе керметов получают высокоомные резисторы. Наиболее распространен кермет, в состав которого входят хром и моноокись кремния (50., 90 о Сг, 50...10 о 510). В зависимости от содержания хрома можно получить резистнвные пленки с р,= е =100...10 000 Ом/П, обладающие высокой стабильностью. Однако в связи с тем, что свойства керметных пленок в сильной степени зависят от технологических факторов, резисторы имеют худшую воспроизводимость номиналов и больший ТКК по сравнению с металлическими.
В настоящее время промышленностью освоена большая группа металлосилнцидных сплавов системы Сг — 51, легированных небольшими добавками железа, никеля, кобальта, вольфрама (РС-3001, РС-3710, РС-5604К, МЛТ-ЗМ, РС-5406Н). При сравнительно малом ТКК и высокой стабильности воспроизводимости удельных поверхностных сопротивлений диапазон номиналов сплавов РС достаточно широк: 0,05...50 кОм/П. Наиболее часто используют сплавы РС-3001, РС-37!О (37,9 о Сг, 9,4оо %, 52,7 о 5!), МЛТ-ЗМ (43,6 о 51, 17,6 о Сг, 14,1Я Ре, 24,7оо )Ч).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
