В. И. Смирнов (987304), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Процентное содержание этих компонентов и определяет параметры полученных резисторов,в частности, сопротивление и температурный коэффициент сопротивления.Палладий и сплав палладия с серебром являются проводниками, их ТКС положителен. Оксид палладия, напротив, является полупроводником р-типа. Величина и знак ТКС оксида палладия зависят от температуры и степени легирования.
Обычно ТКС у PdO отрицателен.На окисление и восстановление палладия катализирующее воздействиеоказывает серебро, снижая, в частности, температуру восстановления палладиядо 600 °С. Поэтому при вжигании при температурах в пределах 700 − 800 °Сэта система склонна к неконтролируемым окислительно-восстановительнымреакциям. Кроме этого, невысока и точность воспроизведения геометрическихразмеров элементов при трафаретной печати. Как следствие, все это приводитк большому разбросу параметров получаемых резисторов, который может достигать величины порядка 30 % . Необходима индивидуальная подгонка резисторов (и конденсаторов).Методы подгонки параметров элементов толстопленочных ГИСДля изменения параметров элементов ГИС используются различные методы, основанные либо на физическом удалении части материала пленки (изменения геометрических размеров резисторов и конденсаторов), либона изменении ее физико-химических свойств.
Среди них можно выделить ме93тод лазерной подгони, метод высоковольтного импульсного разряда, химический и электрохимический методы.Самым распространенным методом является лазерная подгонка, суть которой заключается в следующем. Поверхность резистора обрабатывается кратковременными импульсами, излучаемыми лазером, что приводит к испарениючасти материала резистивного слоя и образованию так называемых «резов»(поперечных, продольных или комбинированных), изображенных на рис. 4.12.Поскольку образование «реза» приводит к уменьшению поперечного сечениярезистора, то лазерная подгонка позволяет корректировать сопротивлениетолько в сторону увеличения.
В процессе подгонки необходимо постоянно контролировать сопротивление резистора, что осуществляется с помощью специальных зондов, напряжение с которых поступает в управляющий компьютер.Как только сопротивление достигнет номинального значения, воздействие лазера на резистор прекращается. Считается, что поперечный «рез» позволяетосуществлять грубую подгонку, а продольный «рез» – тонкую. Обычно формируют комбинированный «рез», то есть начинают с поперечного «реза», а заканчивают продольным.
Аналогичным образом осуществляется подгонка конденсаторов, только в этом случае удаление части поверхности верхней обкладкиконденсатора приводит к уменьшению его емкости.Рис. 4.12. Форма «резов» при лазерной подгонке резисторов:поперечный (а); продольный (б); комбинированный (в)Поскольку процесс подгонки резисторов и конденсаторов односторонний, то для того, чтобы исключить брак, технологический процесс формирования толстопленочных элементов настраивают таким образом, чтобы резисторыимели заведомо заниженные значения сопротивлений (примерно на 20 − 40 %),а конденсаторы – завышенные значения емкости. Возможность корректироватьпараметры элементов только в одном направлении является серьезным недостатком данного метода подгонки.Подгонку резисторов как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения можно осуществить методом высоковольтного разряда, суть которогозаключается в ледующем.
Импульсное напряжение порядка нескольких киловольт прикладывается к пленке резистора. Подача таких импульсов длительностью 0,1 − 3 с вызывает изменения в структуре пленки. Например, в резисторахна основе RuO2 − Ag первоначальные импульсы увеличивают содержание серебра, что приводит к уменьшению сопротивления. Последующие импульсывызывают разрыв пленки с образованием микроскопических кратеров, что способствует увеличению сопротивления.
Детально механизм уменьшения сопротивления еще окончательно не исследован. Некоторые авторы считают, что это94связано со спеканием частиц функциональной фазы, другие полагают, что этовызвано пробоем стеклофазы. Метод позволяет изменять сопротивление резисторов в пределах 2 − 3 %, что недостаточно для его широкого промышленногоприменения.Химический метод подгонки основан на восстановительныхили окислительных реакциях, происходящих в материале резисторапод воздействием горячей струи кислорода или водорода.
Данный метод позволяет корректировать сопротивление резисторов как в сторону увеличения, так ив сторону уменьшения, поскольку восстановительные реакции приводятк увеличению содержания электропроводящего компонента, а окислительныеспособствуют его уменьшению.Использование аналогичных реакций лежит в основе электрохимическогометода подгонки.
Суть его состоит в том, что на резистор, подгоняемыйдо номинала, наносится капля электролита, один из электродов вводятв электролит, другой подводят к резистору. В зависимости от полярности прикладываемого к электродам напряжения к резистору направляются либо ионыводорода, либо ионы кислорода.
Однако в силу недостаточно хорошей воспроизводимости результатов оба последних метода пока не нашли широкого применения.Контрольные вопросы1. В чем суть метода термовакуумного напыления тонких пленок?2. Объясните термодинамику и кинетику процесса испарения вещества. Как зависит скорость испарения от температуры испарителя?3. Как влияют температура и плотность потока атомов на структуру пленки при ее осаждении на подложке?4. В чем суть метода катодного распыления?5.
Как образуется газоразрядная плазма и какие условия необходимы для ее образования?6. Что такое коэффициент распыления и от каких технологических факторов он зависит?7. В чем суть методов высокочастотного, реактивного и магнетронного распыления?8. В чем суть толстопленочной технологии ИС? Перечислите основные технологическиеоперации и объясните их назначение.9. Какие физико-химические процессы протекают при вжигании резистивных серебрянопалладиевых паст?10. Как осуществляется подгонка параметров толстопленочных резисторов?955.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОДНИКАХ И КОНТАКТАХ5.1. Металлы и сплавы, применяемые в технологииэлектронных средствПосле формирования множества идентичных структур электронного устройства, реализованных по интегральной технологии в приповерхностном слоеполупроводниковой пластины, пластину разделяют на отдельные кристаллы(чипы).
Затем эти кристаллы необходимо присоединить к основанию корпуса,соединить контактные площадки с выводами микросхемы и произвести герметизацию корпуса. В случае гибридной технологии дополнительной операциейявляется соединение активных элементов с контактными площадками, имеющимися на подложке ГИС. Затем корпуса микросхем вместе с резисторами,конденсаторами и так далее монтируются на печатной плате, а их выводы припаиваются к контактным площадкам печатной платы. Все перечисленные вышеоперации обычно реализуются методами сварки или пайки с помощью различных металлов и сплавов.Кроме этого, металлические пленки используются для соединения элементов в интегральной схеме между собой. В этом случае обычно металлизацию осуществляют на поверхности слоя из оксида кремния, в котором имеютсяокна, изготовленные с помощью фотолитографии и дающие возможностьсформировать контакты металлической пленки к элементам микросхемы.
Материал пленки должен обеспечивать омический (невыпрямляющий) контакт скремнием, иметь низкое удельное сопротивление, хорошую адгезию к кремниюи SiO2, без разрушения выдерживать высокую плотность тока. Он также должен быть механически прочным, не отслаиваться вследствие различия температурного коэффициента расширения пленки и оксида кремния, а также не подвергаться коррозии и не образовывать химических соединений с кремнием,снижающих механическую прочность контактов и электропроводность.Требования эти во многом противоречивы, поэтому подобрать материал,удовлетворяющий всем перечисленным выше требованиям, невозможно.В наибольшей степени им отвечает алюминий. Он имеет низкое удельное сопротивление и высокую пластичность. К контактным площадкам из алюминиялегко привариваются проволочные проводники из Al или Au.
При окисленииповерхности алюминиевой пленки образуется тонкий (~ 0,005 мкм) и плотныйоксид, препятствующий изменению ее проводимости. Проводники из Al выдерживают плотности тока порядка 105 А/см2 при температуре 150 °С.После нанесения Al на поверхность слоя SiO2 и вжигания контактовпри температуре 550 °С в течение 5 − 10 мин образуется прочное сцепление металлической пленки с оксидным слоем кремния в результате протекания реакции восстановления кремния4Al + 3SiO2 → 2Al2O3 + 3Si.(5.1)96После нанесения Al на поверхность Si в зависимости от типа проводимости кремния и концентрации примесных атомов, а также от состояния поверхности и режимов термообработки можно получить либо невыпрямляющий(омический), либо выпрямляющий контакты. Алюминий является акцептором,поэтому контакт Al к поверхности кремния р-типа проводимости всегда омический.
Для получения омического контакта к области n-типа концентрация доноров в области контакта должна быть достаточно высока, иначе из-за растворения части атомов Al в кремнии может произойти его перекомпенсация. Поэтому при формировании биполярного транзистораИМС область под контактом к коллектору дополнительно легируется донорами (рис. 5.1). Концентрацияпримеси при этом приблизительно равна 1020 см-3,Alа сам процесс легирования осуществляется одновре- Рис. 5.1. Контакт+с кремнием n -типаменно с формированием области эмиттера.В полупроводниковых микросхемах широко применяются диодысо структурой металл – полупроводник (диоды Шоттки), при создании которыхставится обратная задача: получить выпрямляющий (но не ижектирующий)контакт. На рис.
5.2 а представлена схема биполярного транзистора с диодомШоттки, включенного между коллектором и базой транзистора. Наличие диодане позволяет транзистору переходить в режим насыщения и, тем самым, существенно повышает его быстродействие. Структура транзистора с диодом Шоттки в интегральном исполнении представлена на рис. 5.2 б. Алюминиевый электрод к базе транзистора контактирует также с областью коллектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
