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 - р_а = 10 Ом/с; 2 - р_а = 100 Ом/с; 3 - р_а = 1000 Ом/с; 4 - р_а = 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 Р_а . Основным параметром

пленочного резистора является коэффициент формы К_ф.

(2.1.1)

где l - длина резистора; b - его ширина; R - сопротивление; Р_а - Удельное поверхностное сопротивление, Ом/см. Удельное поверхностное сопротивление р_а представляет собой сопротивление квадрата пленки любого размера и численно равно отношению удельно­го сопротивления пленочного слоя к его толщине, что наглядно сле­дует из соотношения при l = b, где d толщина пленки.

Удельная мощность, которую может рассеять единица площади резистора

(2.1.2)

Тогда расчетная ширина резистора b_p определяется из условия до­пустимой рассеиваемой удельной мощности P_о как

(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 K_ф>I

(2.1.4)

если K_ф<I, то

(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 Р_a может быть сделан по графику Рисунок 2.1.2, а затем, исходя из р_а , может быть вы­бран материал резистивной пленки.

в тех случаях, когда K_ф>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

(2.1.6)

Из Рисунка 2.1.1, б следует:

(2.1.7)

где n - число Z - образных элементов

L=n(a+b) (2.1.8)

(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

(2.1.10)

Обозначим = m , тогда

(2.1.11)

Величинами и по сравнению с отношением можно пренебречь, тогда

(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:

(2.1.13)

Для фотолитографического метода это условие некритично.