Ушаков_ТПЭВМ (562162), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

Для количественной оценки степени смачиваемости поверхности измеряют угол смачивания, который зависит от соотношения сил когезии внутри капли и адгезии между подложкой и каплей. Чем меньше этот угол, тем лучше качество очистки. Значение угла сма­чивания не должно превышать 3°.

Метод царапины основан на измерении усилия перемещения металлической иглы (обычно титановой) по поверхности подложки. При таких испытаниях увеличивают груз до тех пор, пока не получат видимой царапины. Этот, способ оценки чистоты подложки дает воспроизводимые результаты и является весьма чувствитель­ным к поверхностным загрязнениям, которые играют роль смазки. Чистые поверхности обладают высоким коэффициентом трения. Для получения видимой царапины на неочищенных стеклах требуется груз 400 г, а для хорошо очищенных — всего 30 г. Степень очистки можно установить используя контроль электропроводности очи­щающей дистиллированной воды до и после промывки.

15.2. Элементы тонкопленочных интегральных микросхем

Основными элементами тонкопленочной интегральной микро­схемы являются резисторы, конденсаторы и соединительные проводники.

Рис. 15.1. Тонкоплепочпые резисторы:

а - прямоугольный; б - составной из прямо­угольных полосок;

в - меандр; г - змейка

Резисторы. Их выполня­ют в виде полосок различ­ной формы (рис. 15.1, а - г). Отношение длины к ширине у таких резисторов много больше единицы. В отдель­ных случаях бывает необхо­димо изготовить резисторы, у которых отношение длины к ширине меньше единицы. Трудность изготовления таких резис­торов заключается в том, что ширина резистора получается ма­лой. При большой длине резистора ему придают Г- или П-образную форму.

Сопротивление определяют из соотношения

R = p₀ l / (db) (15.1)

где p₀ - удельное сопротивление материала; l - длина резистивной пленки; d - толщина; b - ширина.

Основные характеристики резистивной плен­ки. Основной характеристикой резистивпых пленок является удельное сопротивление p_к - сопротивление постоянному току, из­меренное между противоположными сторонами квадрата. Значе­ние удельного сопротивления (Ом/П) не зависит от размеров квад­рата и определяется только материалом и толщиной пленки:

p_к = p₀ / d

Понятие удельного сопротивления специфично для микроэлек­троники и не применяется в других областях техники. Сопротив­ление резистора можно представить в следующем виде:

R = p_к l / b = p_к к_ф (15.2)

где к_ф = l / b - коэффициент формы резистора, представляющий от­ношение длины резистора к его ширине или число квадратов ре­зистора.

Коэффициент формы прямоугольных резисторов к_ф = 0,1 ... 100. При 1 к_ф 10 выбирают резистор прямоугольной формы (рис. 15.1, а), при к_ф 10 - резистор сложной формы (рис. 15.1, б, в), при 0,1 к_ф 1 - резистор прямоугольной формы, у которого длина меньше ширины.

Допустимая мощность рассеяния тонкопленочных резисторов за­висит от площади S, занимаемой ими на подложке. Она должна быть достаточно большой во избежание перегрева:

S Р / Р_Д (15.3)

где Р - мощность рассеяния, выделяемая в сопротивлении при максимальной температуре, Вт; Р_Д - допустимая мощность рассея­ния (экспериментально определяемая величина), Вт/см².

Площадь, занимаемая резисторами на подложке, S = lb или S = b² R/ p_к^, откуда

(15.4)

Полная относительная погрешность изготовления пленочного резистора представляет собой сумму погрешностей:

γ _R = γ _к.ф + γ_pк + γ _Rt + γ _Rст + γ _Rк , (15.5)

где γ _к.ф - погрешность коэффициента формы; γ_pк - погрешность воспроизведения величины p_к резистивной пленки; γ _Rt - темпера­турная погрешность; γ _Rст - погрешность, обусловленная старением пленки; γ _Rк - погрешность сопротивления, обусловленная контак­тами.

Погрешность коэффициента формы зависит от погрешностей гео­метрических размеров резистора:

γ _к.ф = Δ l / l + Δ b/ b, (15.6)

где Δ l и Δ b — погрешности длины и ширины резистора.

Погрешность воспроизведения резистивной пленки урк зависит от условий напыления и материала резистивной пленки и обычно не превышает 5%.

Температурная погрешность зависит от материала пленки:

γ _Rt = a_R (T_max - 20°C) (15.7)

где a_R - температурный коэффициент сопротивления материала пленки (ТКС), 1/°С.

Погрешность улет зависит от материала пленки, эффективности ее защиты, а также от условий хранения и эксплуатации.

Погрешность сопротивления контактов γ _Rк составляет обычно 1 ...2% и этой погрешностью можно пренебречь. Допустимое значение погрешности формы

γ _к.ф = γ _R - γ_pк - γ _Rt - γ _Rст - γ _Rк , (15.8)

Если значение γ _к.ф превышает допустимое, то необходимо выб­рать другой материал с меньшим ТКС либо использовать подгон­ку резисторов.

Расчетное значение ширины резистора должно быть не менее наибольшего значения одной из трех величин:

b_рпсч max (b_р; b_тех; b_точ), (15.9)

где b_р - минимальная ширина резистора, при которой обеспечива­ется заданная мощность рассеяния [определяется по формуле (15.4)]; b_тех - минимальная ширина резистора, определяемая воз­можностями технологического процесса (при масочном методе b_тех = 0,3 мм; при фотолитографическом методе b_тех =0,1 мм); b_точ - ширина резистора, определяемая точностью изготовления геометрических размеров.

На основании формулы (15.6) получим:

b_точ (Δ b+ Δ b/ к_ф )/ γ _к.ф (15.10)

За ширину резистора b принимают ближайшее к расчетному зна­чению b_расч большее значение ширины, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии с учетом масштаба. Если шаг координатной сетки принят 1 мм при масштабе 20 : 1, то округ­ление производят до величины, кратной 0,05 мм.

Расчетная длина резистора:

l = b к_ф (15.11)

За длину резистора принимают значение, кратное шагу коорди­натной сетки. При этом необходимо оценивать погрешность, воз­никшую вследствие округления размеров b и l.

Для резисторов, имеющих к_ф <1, определяют длину, а затем ширину резистора.

Расчет геометрических параметров резисторов типа «меандр» при известной ширине пленки сводится к определению расстояния между резистивными полосками и числа звеньев меандра (рис. 15.1, в).

Для получения стабильных пленочных сопротивлений толщина пленки должна быть 0,01 ... 1 мкм. Очень тонкие пленки (до 0,005 мкм) значительно изменяют свои параметры в процессе кристаллизации. Кроме того, последующее воздействие воздуха вы­зывает поверхностное окисление пленки, которое приводит к из­менению ее сопротивления. В более толстых пленках это окисле­ние сказывается меньше. Пленки толщиной более 1 мкм не обеспе­чивают достаточно прочного сцепления с основанием.

При выборе линейных размеров резистивных пленок необходимо учитывать, что при очень узких пленках даже небольшие от­клонения от заданной ширины вызывают значительные изменения сопротивления. Точность изготовления резистивных пленок по ши­рине зависит от техники получения рисунка пленки на подложке. Практически путем напыления получают сопротивления с отклоне­нием от номинала до ±5%. Эту точность можно повысить с по­мощью подгонки.

Таблица 15.1

Материал, используемый для изготовления ре­зистивных пленок. Такой материал должен обеспечивать возможность получения стабильных по времени резисторов с низ­ким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), обла­дать хорошей адгезией, высокой коррозионной стойкостью и устой­чивостью к длительному воздействию высоких температур. При осаждении материала на подложку должны образовываться чет­кие линии с хорошей повторяемостью рисунка от образца к об­разцу.

Материалом для резистивных пленок могут быть различные металлы, металлические сплавы, оксиды металлов и металлокера-мические соединения (табл. 15.1). Из чистых металлов наиболее часто используют хром, тантал, вольфрам и рений.

Хром удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к материалу резистивной пленки. Он хорошо совместим с любыми проводящими материалами, имеет достаточно высокое удельное сопротивление, может служить в качестве адгезионного слоя, образует стабильную и плотную пленку.

Тантал используют для создания резисторов с высоким удельным сопротивлением. На основе тантала можно изготовить законченные интегральные микросхемы, включая сопротивления, резисторы и конденсаторы. Универсальность тантала объясняется возможностью изменения электрических параметров путем легирования и оксидирования. Термически обработанные и анодированные пленки тантала характеризуются высокой стабильностью электри­ческих свойств с малым значением ТКС.

Вольфрам и рений используют для изготовления резисторов с высоким удельным сопротивлением при малом ТКС. Основные пре­имущества пленок рения - устойчивость и стабильность при высоких температурах. Тугоплавкость рения позволяет использовать его при очень малых толщинах пленки. Пленки рения получают чаще всего путем электронно-лучевого разогрева гранул рения в вакууме (10^-4 Па). Осаждение осуществляется при температуре подложки ~350°С.

Характеристики

Список файлов книги