Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Центральная часть исходной керамической подложки предназ­ начена для размещения пассивных элементов. На нее наносится уплотняющий слой SiO.

Через металлические маски с различной конфигурацией отвер­ стий производят напыление алюминиевых пленок для создания контактных участков (слои 1, 4, 7 и 10) и нижних обкладок кон­ денсаторов Ci и Сг (слой 13). Так же напыляют нихромовые плен­ ки для создания резистивных слоев с поверхностным сопротивле­ нием 200 ом/квадрат — слой 2 — Ru 5 —/?2; 8 — R3 и 11 — R4 и R-$.

Пленки SiO напыляют по всей поверхности, так как они служат для междуслойной изоляции элементов (слои 3, 6, 9 и 12) и в ка­ честве диэлектрика в конденсаторах Cj и Сг с удельной емкостью 4650 пф/см2 (слой 14). Затем наносят верхние обкладки конденса­ торов из алюминия и вновь напыляют моноокись кремния для за­ щиты. На поверхность платы приклеивают эпоксидной смолой бескорпусные транзисторы и диоды, выводы которых подсоединяют к соответствующим точкам с помощью термокомпрессии.

С о з д а н и е р е з и с т о р о в

Проводимость чистых металлов столь велика, что для получе­

быть изготовлены. Поэтому для тонкопленочных резисторов исполь­ зуют сплавы, сопротивление у которых во много раз больше, чем у чистых металлов.

Тонкопленочные резисторы принято характеризовать поверх­ ностным сопротивлением, определяемым как сопротивление квад­ рата тонкопленочного материала, к двум противоположным сторо­ нам которого подведены контактные выводы.

висит от размера стороны квадрата и равна поверхностному со­ противлению.

Сопротивление резистора R зависит от его формы. Если, напри­ мер, длина резистора в 10 раз больше ширины, то это эквивалент­ но тому, что резистор составлен из десяти последовательно соеди­ ненных квадратов и его сопротивление в 10 раз больше поверх­ ностного сопротивления. Таким образом, один и тот же номинал сопротивления можно получить при различных значениях I и w, ес­ ли //a>= const.

240

Минимальную длину I и ширину w резистора подсчитывают по заданной величине номинала R, поверхностному сопротивлению, мощности рассеяния Р и допустимой мощности рассеяния Рд:

Конфигурация резистивных элементов бывает линейной или зиг­ загообразной (рис. 8.12) в зависимости от номинала. Зигзагооб­

300 ом/квадрат. Разброс номиналов резисторов во многом зависит от точности изготовления маски (абсолютная погрешность прибли­ зительно 10 мкм) или микроизображения при фотолитографии (аб­

тов. Если требуется точность 5%, то ширина линии не может быть

аплощадь около 0,00375 см2. Если необходимо получить резистор

свысокой точностью (около 1%), то номинал подгоняют путем окисления, анодирования или микрофрезерования.

Температурные характеристики пленочных резисторов зависят от толщины, определяющей также qs. Толстые пленки имеют по­ ложительный ТКС, что характерно для объемных материалов. Тон­

>250 ом/квадрат, то ТКС = 0-:— 300-10~6 град~х. Отрицательный температурный коэффициент сопротивления, имеющий место для тонких пленок, обычно обусловлен присутствием в пленке полупроводящих окислов или туннелированием электронов между гра­ нулами.

Нихром состоит из 80% Ni и 20% Сг. Температура плавления

пленок все время изменяется. Поэтому для создания нихромовых резисторов обычно применяют дискретное или форсированное испа­ рение и сублимацию. Вариантом первого является испарение с по­ мощью электронного луча, фокусируемого на кончике непрерывно подаваемой проволоки. Сублимация требует длительного времени для установления стационарного потока, а скорость сублимации невелика.

Поверхностные сопротивления нихромовых пленок изменяются от 300 до 50 ом/квадрат при изменении толщины от 50 до 500 А. При осаждении температура подложки составляет 200—350° С. Для стабилизации характеристик при этих же температурах произво­ дится последующий отжиг в вакууме или на воздухе в течение 30 мин. В зависимости от атмосферы рекристаллизация пленок при отжиге может сопровождаться уменьшением или ростом сопротив­ ления; последнее происходит при окислении поверхности и границ зерен. Для обеспечения стабильности нихромовых сопротивлений необходима тщательная герметизация, так как пленки очень чув­ ствительны к электролизу. Герметизацию производят с помощью моноокиси кремния.

Для создания высокоомных резисторов широко распространен

испаряют либо из алундового тигля, либо из молибденовой лодоч­ ки. Особенности испарения те же, что и для нихрома. Диапазон поверхностных сопротивлений 300—500 ом/квадрат.

Для получения сопротивлений в диапазоне 300—1000 ом/квад­ рат применяют пленки керметов, состоящие из смесей металлов

242

и изолирующих материалов, чаще всего окислов. Электропровод­ ность осуществляют через сетку соприкасающихся зерен металла или туннелированием электронов через промежуточные слои окислов.

Пленки нихром — моноокись кремния, осажденные при темпера­ туре подложки 300° С, имеют высокую стабильность и механиче­ скую прочность. Испарение производят из порошкообразной смеси, преобладание нихрома ведет к снижению сопротивления. Хорошие результаты дало взрывное испарение.

Пленки двуокиси олова и азотистого тантала получают реактив­

С о з д а н и е к о н д е н с а т о р о в

Величину удельной емкости плоского конденсатора С (ф/м2) определяют с помощью выражения

С = 8,85 •

где Д — толщина слоя диэлектрика; е — диэлектрическая проницаемость.

Точность обеспечения номинала тонкопленочного конденсатора определяется точностью, с которой может быть сформирован ди­ электрический слой, и точностью задания конфигурации. Управле­ ние толщиной и диэлектрической проницаемостью — достаточно сложная задача; допуск по ним составляет ±15% и допуск на но­ минал равен ±20%. Ошибка за счет маски существенна при С<100 пф, поэтому допуск на такие конденсаторы задается до ±30%. Удельные емкости лежат в пределах 2 -10~4—4• 10_3 ф/м2, что практически достаточно. Конденсатор в 10000 пф имеет размер

2,5X2,5 мм2.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) обычно положи­ тельный и близок к 250-10-6 град~К

Наиболее значительное различие между дискретными и тонко­ пленочными конденсаторами заключается в значениях тангенса уг­ ла диэлектрических потерь. Потери в последних почти полностью определяются последовательным сопротивлением обкладок конден­ сатора— от нескольких ом при большой емкости до нескольких со­ тен ом при малой емкости конденсаторов. Поэтому получить ма­ ленькие значения tg б достаточно сложно. Имеются ограничения по пробивному напряжению, составляющему обычно всего 10—20 в и До 100 в в лучших образцах. Электрическая прочность пленок ослабляется вследствие сквозных пор и других дефектов. Поэтому линейная зависимость емкости и пробивного напряжения от тол­ щины пленки справедлива только для толстых пленок (при их тол­ щине свыше 1000 А). Диэлектрические пленки толщиной менее

243

150 А непригодны для конденсаторов вследствие резкого усиления эмиссии Шоттки и туннелирования электронов или дырок.

Наиболее часто для тонкопленочных конденсаторов в качестве диэлектрика используют моноокись кремния — SiO. Моноокись кремния обычно поставляют в виде гранул различной дисперсно­ сти. Температура плавления ее равна 2300° С. Ее испаряют из ци­ линдрического аксиального испарителя со специальным отражате­ лем, стоящим на пути молекулярного потока и препятствующим пролету макрочастиц, ухудшающих при конденсации однородность пленки. На рис. 8.13 представлена температурная зависимость дав­ ления паров SiO. Оптимальная температура испарения моноокиси

удельные емкости 2-10~4—2 -10~5 ф/м2.

В качестве материала электродов наиболее приемлем алюми­ ний, имеющий малую температуру испарения и малую подвижность атомов на поверхности пленки SiO.

В табл. 8.8 представлены основные свойства некоторых со­ единений, применяемых для создания тонкопленочных конден­ саторов. В последнее время используют также халькогенид-

ные стекла.

При создании пленочных конденсаторов наилучшие результаты получены при использовании пленок окиси тантала. Однако эти пленки очень трудно получить достаточно толстыми, чтобы можно было работать с более высокими напряжениями, так как скорость осаждения их очень низкая. Тем не менее, пленки толщиной 0,1 мкм на рабочее напряжение 15 в обладают удельной емкостью

2,5-10~3 ф/м2.

244