страница 1 страница 2 ... страница 14 | страница 15
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине
“ТЕХНОЛОГИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ”
для студентов специальности Т 08.03.00
«Электронно-оптические системы и технологии»
Факультет - компьютерного проектирования
Кафедра - ЭТТ
Курс - 4
Семестр - 8
Лекций - 64 час.
Лабораторные занятия - 32 час.
Практические занятия - 16 час.
Экзамен
Всего: 96 часов
Минск 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Рабочая программаЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎK.3
Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакамЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎK.14
2. Пленочные элементыЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎK16
2.1 РезисторыЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..16
2.2 КонденсаторыЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎK.19
2.3 ИндуктивностиЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.22
3 Резисторы и конденсаторы в «полупроводниковом» исполненииЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.24
3.1 КонденсаторыЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK24
3.2 РезисторыЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..26
4. Конструкционная основа для ИСЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..32
5. Базовые технологические процессы изготовления ИСЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...34
5.2. Типы и конструкции испарителей........................................................................................................................37
5.3. Лазерное, электронно-лучевое, «взрывное» испарениеЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎK...41
5.4. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎK.44
5.5 Высокочастотное распыление. Реактивное распылениеЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...45
5.6 ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.46
5.7 Хлоридные и силановый методы получения эпитаксиальных слоевЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎK..47
5.8 Легирование при эпитаксииЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎK.ЎK49
5.9. Термическое окисление SiЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎK52
5.10. Пиролитическое получение пленок из газовой фазы при нормальном и пониженном давленииЎK...ЎK...54
5.11. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎK.ЎKЎK.55
6. Формирование легированных слоев в технологии ИЭОТЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎK..ЎKЎK.56
6.1. Распределение примесей при диффузии и неограниченного и ограниченного источниковЎKЎKЎKЎK..ЎKЎK56
6.2 Локальная диффузияЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.....57
6.3 Многостадийная диффузияЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..58
6.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎK..60
7. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИЭОТЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK62
7.1 Масочные методы. Метод свободных масок. Классификация масок и методы полученияЎKЎKЎKЎKЎK..ЎK.62
7.2 Контактная фотолитография ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK....65
7.3.Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесениеЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK67
7.4 Проекционная ФЛГ ЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎK79
7.5 Электрополитография ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..84
7.6 РентгенолитиграфияЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.88
7.7 ИоннолитографияЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..90
8 Сборочные процессы в технологии ИЭОТЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK91
8.1 Методы разделения пластин и подложекЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.91
8.2 Методы установки кристаллов и плат в корпусаЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.96
8.2.1 Монтаж с использованием эвтектических сплавовЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...96
8.2.2 Монтаж с использованием клеев и компаундовЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.97
8.3 Виды выводовЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎK....98
8.4 Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сваркиЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎK.100
8.5 Методы и материалы для герметизации кристаллов и платЎKЎK..ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..ЎKЎKЎK.104
9 Толстопленочная технологияЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK106
9.1 Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Технология нанесения и вжигания пастЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..106
9.2 Методы формирования рисунка. Трафаретная печатьЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK.107
10. Технология очисткиЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK109
11 Oсновные методы производства волоконных световодовЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK...114
11.1 Одномодовые световоды. Многомодовые световоды с и ступенчатым профилемЎK...ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..114
11.2 Модифицированный процесс EVD (MCVD)ЎK ЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎKЎK..115
11.3 Принципы и особенности построения ВОПС (волоконно-оптической системы передач)ЎK ЎKЎKЎKЎKЎK118
1 Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакам -2 часа.
Гибридные ИС (ГИС), пленочные ИС (ПлИС), полупроводниковые ИС (ПИС), совмещенные ИС (СИС), многокристальные ИС и микросборки. Определение, структура. Базовый процесс изготовления планарно-эпитаксиального n-р-n транзистора со скрытым слоем.
В соответствии с принятой терминологией интегральной микросхемой называется микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое. Приведенное определение подразумевает, что интегральная микросхема состоит из электрорадиоэлементов, к которым относятся транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и другие устройства. Часть интегральной микросхемы, которая реализует функцию какого-либо электрорадиоэлемента, выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие, называется элементом. Та часть микросхемы, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации, называется компонентом. В то же время следует иметь в виду, что в последние годы интенсивно развивается новое направление ЎЄ функциональная микроэлектроника, некоторые устройства которой не могут быть разделены на электрорадиоэлементы. Поэтому функциональную микроэлектронику иногда называют несхемотехнической.
По конструктивно-технологическому исполнению интегральные микросхемы подразделяются на три большие группы: полупроводниковые, гибридные и прочие (Рисунок В. 1). В группу прочих входят, пленочные, вакуумные, керамические и другие микросхемы.
Полупроводниковой называется микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Если все элементы и межэлементные соединения микросхемы выполнены в виде пленок, то она называется пленочной. Гибридная микросхема содержит, кроме пленочных элементов, также компоненты. В зависимости от толщины пленок и способа их получения пленочные и гибридные микросхемы подразделяются на тонко- и толстопленочные.
Тонкопленочная ИМС ЎЄ интегральная микросхема с толщиной пленок до 1 мкм, элементы которой изготовляются преимущественно методами вакуумного распыления и осаждения.
Толстопленочная ИМС ЎЄ интегральная микросхема с толщиной пленок 10ЎЄ70 мкм, элементы которой изготовляются методами трафаретной печати (сеткография).
Применяются также совмещенные микросхемы. Основу совмещенной микросхемы представляет полупроводниковый кристалл со сформированными в нем транзисторами и диодами, а пассивные элементы полностью или частично выполнены в виде напыленных на поверхность кристалла тонких пленок.
Интегральные микросхемы подразделяют па цифровые и аналоговые. Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, то она называется цифровой. К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции, в частности линейные микросхемы.
Рисунок 1.1. Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическим признакам.
Чрезвычайно важными характеристиками микросхем являются степень интеграции и плотность упаковки.
Степень интеграции представляет показатель сложности микросхемы и характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Если обозначить число элементов и компонентов через N, то степень интеграции К можно определить по формуле К= = lq/V, где К округляется до ближайшего большего целого числа.
Так, микросхема, содержащая до 10 (включительно) элементов и компонентов, обладает первой степенью интеграции; содержащая свыше 10 до 100 элементов и компонентов ЎЄ второй степенью интеграции и т. д.
Кроме того, в зависимости от количества элементов и (или) компонентов конструктивно-технологического исполнения (металлЎЄ диэлектрик ЎЄ полупроводник (МДП) или биполярные), а также функционального назначения (цифровые или аналоговые) различают микросхемы малого (МИС), среднего (СИС), большого (БИС) и сверхбольшого (СБИС) уровня интеграции (Таблица В. 1).
В последние годы появились сверхскоростные интегральные микросхемы (ССИС). Критериями быстродействия таких микросхем являются: время задержки распространения сигнала для цифровых ИМС не более 2,5 нс/вентиль, нижняя граница диапазона рабочих частот для аналоговых ИМС свыше 300 МГц.
Таблица 1
Уровень интеграции
Количество элементов и (или) компонентов, шт.Цифровые ИМСАналоговые ИМС
МДПБиполярныеМИСДо 100До 100До 30СИССвыше 100 до 1000Свыше 100 до 500Свыше 30 до 100БИССвыше 1000 до 10000Свыше 500 до 2000Свыше 100 до 300СБИССвыше 10000Свыше 2000Свыше 300Плотностью упаковки называется отношение числа элементов и компонентов микросхемы к ее объему. Микросхемы, предназначенные для использования в конкретной аппаратуре и изготовляемые непосредственно на предприятии, производящем данную аппаратуру, называются микросхемами частного применения.
В ряде случаев разработчики конкретной радиоэлектронной аппаратуры для улучшения показателей ее миниатюризации изготавливают так называемые микросборки (МСБ), в состав которых входят элементы, компоненты и (или) интегральные микросхемы (в корпусах или без них), а также другие электрорадиоэлементы в различных сочетаниях. Устройство, состоящее из микросборок, интегральных микросхем и компонентов, представляет собой микроблок.
Наибольшими степенью интеграции и плотностью упаковки обладают полупроводниковые интегральные микросхемы, затем в порядке уменьшения этих показателей следуют тонкопленочные и толстопленочные (в том числе гибридные) микросхемы и микро-сборки.
С точки зрения унификации процессов производства целесообразно применять в определенной аппаратуре микросхемы единого конструктивно-технологического исполнения (полупроводниковые или гибридные).
Совокупность типов интегральных микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного использования в РЭА и ЭВА, образует серию микросхем.
Наиболее современным результатом поступательного развития и взаимного обогащения микроэлектроники и вычислительной техники является разработка и широкое применение микропроцессорных БИС и СБИС. Микропроцессор (МП) представляет собой программно-управляемое устройство, осуществляющее обработку цифровой (иногда аналоговой) информации и построенное на основе одной или нескольких БИС или СБИС. С появлением микропроцессоров в производстве РЭА и ЭВА усилился процесс «вертикальной интеграции», когда законченное электронное устройство изготавливается в виде одной или нескольких БИС или СБИС, причем и БИС (СБИС), и устройство в целом разрабатываются и производятся на одном предприятии.
Другим наиболее современным направленном развития интегральных микросхем является производство и применение матричных БИС (СБИС) па основе базовых кристалле»!, т. е. кристаллов с большим количеством регулярно расположенных элементов, соединяемых между собой различным образом в зависимости' от функционального назначения изготавливаемой БИС (СБИС).
Решение задач комплексной' миниатюризации РЭА и ЭВА, усложнение конструкций электронных устройств и углубление специализации выполняемых ими функций ведут к необходимости более тесного взаимодействия специалистов в областях схемотехники, системотехники, конструирования и технологии. Другими словами, становится еще более необходимой интеграция знаний и профессий специалистов.
2. Пленочные элементыТонкопленочные резисторы (R). Виды, форма. Методы расчета. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Способы корректировки номиналов.
Тонкопленочные конденсаторы (С). Методы расчета. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Методы подгонки. Тонкопленочные индуктивности (L). Методы расчета. Топология. Материалы и требования, предъявляемые к ним. Токопроводящие системы ИС (ТС). Межсоединения, контактные площадки, контакты. Ме - п/п. Классификация. Требования к материалам. Многослойные систем металлизации. Особенности многоуровневой системы металлизации ИС.
2.1 Резисторы
Материалы, применяемые для изготовления тонкопленочных резисторов, должны обеспечивать возможность получения широкого диапазона стабильных сопротивлений, обладающих низкой температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и высокой коррозионной стойкостью. Тонкопленочные резисторы можно изготавливать из металлов, сплавов, полупроводников и смесей металлов и неметаллов (керметов).
С конструктивной точки зрения применяются резисторы различной конфигурации, которые завершаются контактными переходили, образованными резистивной полоской и контактной площадкой (Рисунок 2.1.1).
Наиболее оптимальна форма резистора, изображенного на рисунке 2.1.1 а. Однако, если расчетная длина резистора оказывается чрезмерно большей и резистор не может быть размещен на подложке в одну линию, его выполняют в виде изогнутых полосок - меандр (Рисунок 2.1.1 б,в). При масочном метода изготовления резисторов отношение длины полоски l к ширине b не должно превышать 10 (Рисунок 2.1.1 ,а, 2.1.1,в). Дня резисторов формы меандр (рис 2.1.1 б ) отношение амплитуды меандра к расстоянию между полосками a также не должно превышать
Рис 2.1.1. Тонкопленочные резисторы различных конструкций:
а) - линейчатый; б) - меандрический; в) - меандрический с проводящими элементами, I - резистивная пленка; 2 - контактная площадка
Рисунок 2.1.2,. График для выбора удельного поверхностного сопротивления. 1 - ра = 10 Ом/с; 2 - ра = 100 Ом/с; 3 - ра = 1000 Ом/с; 4 - ра = 10000 Ом/с;
При фотолитографическом методе эти соотношения критичны и зависят от площади, отведенной для резистора.
Конструктивный расчет резисторов линейчатого типа сводится к определению размеров его длины l и ширины b . Здесь важно соблюдать условие, чтобы при заданной величине сопротивления резистор обеспечил рассеяние заданной мощности Ра . Основным параметром
пленочного резистора является коэффициент формы Кф.
µ § (2.1.1)
где l - длина резистора; b - его ширина; R - сопротивление; Ра - Удельное поверхностное сопротивление, Ом/см. Удельное поверхностное сопротивление ра представляет собой сопротивление квадрата пленки любого размера и численно равно отношению удельного сопротивления пленочного слоя к его толщине, что наглядно следует из соотношения µ § при l = b, где d толщина пленки.
Удельная мощность, которую может рассеять единица площади резистора
µ § (2.1.2)
Тогда расчетная ширина резистора bp определяется из условия допустимой рассеиваемой удельной мощности Pо как
µ § (2.1.3)
Расчетная ширина резистора должна быть не меньше той, которая может быть выполнена при современном состоянии технологии. За ширину резистора принимают ближайшее к расчетное большее целое значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологий. После окончательного выбора b определяется длина резистора l , если Kф>I
(2.1.4)
если Kф
(2.1.5)
В настоящее время при масочном методе обычные предельные размеры резистора составляют: b ~ 0,2 мм и l ~ 0,3 мм. Предельные размеры при фотолитографическом методе l = b = 0,1 мм.
Выбор удельного поверхностного сопротивления Рa может быть сделан по графику Рисунок 2.1.2, а затем, исходя из ра , может быть выбран материал резистивной пленки.
в тех случаях, когда Kф>10, целесообразно конструирование резисторов сложной формы. Полагая (из Рисунок 2.1.1,6), что длина резистора равна длине его средней линий (это допущение дает несколько завышенное сопротивление), имеем
µ § (2.1.6)
Из Рисунка 2.1.1, б следует:
µ § (2.1.7)
где n - число Z - образных элементов
L=n(a+b) (2.1.8)
µ § (2.1.9)
Площадь, занимаемая резистором вместе с изолирующей зоной, минимальна, если резистор имеет квадратную форму, т.е. L = В , тогда, приравнивая выражения (1.8) и (1.9) и решая полученные соотношения относительно n, получим
µ § (2.1.10)
Обозначим µ § = m , тогда
µ § (2.1.11)
Величинами µ § и µ § по сравнению с отношением µ § можно пренебречь, тогда
µ § (2.1.12)
Обычно n в формуле (1.12) бывает число с дробны остатком. Округляя до ближайшего большего целого, определяем размеры резистора L' и В' по формулам (1.8) и (1.9).
В заключение необходимо проверить условие обеспечения жесткости маски:
µ § (2.1.13)
Для фотолитографического метода это условие некритично.
2.2 Конденсаторы
Характеристики тонкопленочных конденсаторов зависят как от материала диэлектрического слоя, так и от материала обкладок. Материал обкладок конденсатора должен удовлетворять следующим требованиям: иметь низкое электрическое сопротивление (для ВЧ конденсаторов); ТКЛР, равный или близкий к ТКЛР подложки и диэлектрического слоя; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к ранее напыленным пленкам; обладать высокой антикоррозионной стойкостью в условиях агрессивной среды.
Для изготовления обкладок конденсаторов чаще всего применяются следующие материалы: алюминий А-99 ГОСТ 11069-74, тантал ТВЧ ТУ 95.311-75; титан BTI-0 ТУ I-5-III-73. Алюминий по сравнению с другими металлами (например, никелем, хромом, золотом) обеспечивает значительно меньшее число коротких замыканий между обкладками через диэлектрик. Это объясняется низкой температурой испарения алюминия и пониженной подвижностью его атомов на поверхности подложки из-за тенденции к окислению.
Материалы, применяемые для изготовления диэлектрических слоев, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь высокое значение диэлектрической проницаемости; минимальный температурный коэффициент емкости (ТКИ); минимальные потери энергии на высокой частоте ( tgµ § ); обладать высокой влагоустойчивостыо и теплостойкостью; обеспечивать получение плотных и однородных пленок; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к материалам обкладок; обладать высокой электрической прочностью.
Наиболее часто применяют моноокись кремния SiО , трехсернистую сурьму Sb2S3 моноокись германия GеО . Можно также использовать сульфид цинка ZnS , фтористый магний MgF2, и некоторые редкоземельные окислы и фтористые соединения. Возможно применение ферроэлектрических пленок, например, титаната бария. ВаТiO3 и смеси титаната бария с титанатом стронция ВаТiO3 + SrTiO3. Для получения конденсаторов большой емкости используют анодированные пленки тантала Та2O5 , а также анодированный алюминий Al2O3.
В тонкопленочных микросхемах различают преимущественно три варианта конструкции конденсаторов: конденсаторы с трехслойной структурой (две проводящие обкладки, разделенные диэлектриком); многослойные конденсаторы, отличающиеся от предыдущего варианта повторяющимся нанесением проводящих и диэлектрических пленок; гребенчатые конденсаторы, у которых емкость образуется за счет краевого эффекта. Многослойные конденсаторы выполняются для расчетной площади > 1-2 мм2. Разновидности конденсаторов приведены на рисунке 1.3.
Если расчетная площадь конденсатора S*- I мм , его можно выполнять либо в виде последовательно соединенных конденсаторов (Рисунок 1.3,б), либо в виде двух пленочных обкладок и подложкой в качестве диэлектрика (Рисунок 1.3,г). Такая конструкция позволяет получить емкость порядка нескольких пикофарад на I см площади. Для получения еще меньшей емкости (доли пикофарады) можно выполнить гребенчатые конденсаторы (рисЛ.З.д) или конденсаторы в виде дзух параллельных полосок (Рисунок1.3,е). Емкость гребенчатого конденсатора определяется по формуле:
C=µ §µ §рl (2.2.1)
где µ § - коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке 1.46; l - длина общей границы двух гребенок; µ §р - результирующая проницаемость подложки и среды (воздух или заливка)
µ § (2.2.2)
где µ § - проницаемость подложки; µ § - проницаемость среды.
Конструктивный расчет тонкопленочного конденсатора сводится к определению его геометрических размеров S и d и удельной емкости Со.
Исходными для расчета являются: номинальная емкость С (пФ), относительное отклонение номинального значения емкости µ § рабочее напряжение Up (В), рабочая частота f (МГц).
Расчет конденсаторов с площадью перекрытия обкладок 5 мм2 и более (Рисунок 1.3,а) ведут в следующем порядке. Вначале определяют толщину диэлектрика
µ § (2.2.2)
где Епр- пробивное напряжение для выбранного материала диэлектрика (В/см); Кз- коэффициент запаса (Кз = 2-4).
Затем вычисляют максимально допустимую относительную погрешность воспроизведения площади конденсатора
µ § (2.2.3)
где µ § - погрешность воспроизведения удельной емкости (составляет 5-10$); µ § - температурная погрешность емкости:
бс - температурный коэффициент емкости (ТKЕ) материала диэлектрика (I°/C); T - максимальная рабочая температура конденсатора (I/°С); µ §- погрешность емкости, обусловленная старением тонкопленочных конденсаторов (не превышает 2-3%).
Впоследствии оценивают удельную емкость материала диэлектрика по формулам
µ § (2.2.4)
µ § (2.2.5)
где µ § - абсолютная погрешность воспроизведения размеров конденсатора (для масочного метода µ § = +0,001 см); µ §=A1/B1 - коэффициент формы конденсатора.
Окончательное значение удельной емкости Сд выбирается из условия
C0’ > C0 < C0” (2.2.6)
(%)
Рисунок1.3. Разновидности конструкций тонкопленочных конденсаторов:
а - с активной площадью перекрытия обкладок S > 5 мм2; б - с S -= 1-5 мм2; в,г - с S < 1 мм2; д - гребенчатая; в - в виде двух параллельно расположению проводящих пленок. 1 - диэлектрик; 2,3 - обкладки; 4 - подложка.
В дальнейшем уточняемся толщина диэлектрика по формуле
µ § (2.2.7)
Минимальная толщина диэлектрика ограничивается электрической прочностью, а максимальная - возможностями пленочной технологии. Чаще всего толщина диэлектрика находится в пределах от 0,3-0,5 до I мкм. После окончательного выбора d уточняется величина^. Из соотношения S=~c~ определяет активную площадь перекрытия S обкладок конденсатора» Геометрические размеры конденсатора рассчитывают по следующим формулам:
верхней обкладки
µ § (2.2.8)
µ § (2.2.9)
нижней обкладки
A2=A1+2(µ §A+µ §) (2.2.10)
B2=B1+2(µ §A+µ §) (2.2.11)
диэлектрика
A3=A2+2(µ §A+µ §) (2.2.11)
B3=B2+2(µ §A+µ §) (2.2.12)
где µ § - погрешность установки и совмещения масок (см).
При площади перекрытия обкладок 1-5 мм2 необходимо учитывать краевой эффект. Емкость конденсатора в данном случае вычисляется по формуле
µ § (2.2.13)
где k - поправочный коэффициент, который определяется из графика, представленного на рисунке 1.4.
С учетом краевого эффекта для получения заданной емкости конденсатора необходимо уменьшить его площадь в к раз. В остальном конструктивный расчет подобных конденсаторов не отличается от изложенного выше.
страница 1 страница 2 ... страница 14 | страница 15
|