Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Технологическое проектирование микросхем СВЧ

..pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.12 Mб
Скачать

Рис. 2.27. Зависимость удельного электро­ сопротивления р пленок хрома от соотно­ шения Vr/Vcx

Рис. 2.28. Зависимость времени г тра­

вления пленок хрома от глубины травле­ ния t

и слой, лежащий непосредственно на поверхности подложки (участок /Я ), более насыщены кислородом. Эти окисленные слои, очевидно, имеют более рыхлую структуру, которая со­ здает лучшие условия для проникновения травящего состава. Внутренний слой (участок II) является относительно чистым хромом, с плотной структурой - скорость травления его мень­ ше.

Нихром - никель-хромовый сплав (80 % Ni; 20 % Сг); доба­ вление никеля к хрому увеличивает удельное электросопроти­ вление и снижает величину температурного коэффициента со­ противления чистого хрома. Электрические свойства пленок нихрома зависят от способа получения и параметров процес­ са. Так при получении пленок нихрома испарением удельное электросопротивление растет с увеличением парциального да­ вления кислорода (рис. 2.29).

Рис. 2.29. Зависимость удельного электросопротивления р пленок нихрома от парциального давле­ ния кислорода роа

На рис. 2.30 даны графики зависимости удельного элек­ тросопротивления пленок нихрома и изменения их электро­ сопротивления после отжига, от скорости осаждения. Приве­ денные кривые подтверждают общее положение о том, что

ŸQiOU

т

по -

щ

1 % , нм/с

0,01

Рис. 2.30. Зависимость удельного электросопро­ тивления p D (1) и изменения электросопротивле­ ния АR JR (2) при отжиге от скорости осаждения

v ocm ie H O K нихрома

с уменьшением скорости осаждения увеличивается доля по­ глощенных молекул остаточных газов, прежде всего кислоро­ да, вступающих в реакцию с материалом пленки, в результа­ те чего р увеличивается. Увеличение электросопротивления при отжиге с ростом скорости осаждения свидетельствует о формировании пленки с менее упорядоченной и равновесной структурой при больших скоростях осаждения.

От температуры подложки в процессе осаждения пленки

нихрома

зависит ее стабильность

при эксплуатации

(рис. 2.31).

С температурой подложки

в процессе осажде­

ния пленок нихрома связана также скорость ее травления (рис. 2.32). Как видно из графика, наибольшую скорость травления имеют пленки, осажденные на холодную (25 °С) подложку. По-видимому, эти пленки имеют мелкозернистую структуру слабо связанных между собой частиц. С повышени­ ем температуры подложки структура пленки становится более плотной, растут размеры зерен, увеличиваются связи между отдельными частицами - скорость травления такой структу­ ры уменьшается.

Недостатки сплава нихрома связаны с фракционирова­ нием компонентов сплава при его термическом испарении.

M /R,%

Рис. 2.31. Зависимость относительного из­ менения электросопротивления A R / R пле­

нок нихрома при климатических испыта­ ниях (длительность 2 суток, температура +40 °С, относительная влажность 98 % ) от

температуры подложки fB (удельное поверх­ ностное электросопротивление пленок 100 Ом)

Рис. 2.32. Зависимость скорости травле­ ния vTp пленок нихрома от температуры подложки tn в процессе осаждения

Так состав осажденных пленок (при первоначальном составе 20 % Сг и 80 % Ni), меняется от 20 % Сг при скорости осажде­ нии 10 Ом/с до 70 % Сг при 100 Ом/с. Для сравнения: при распылении в среде аргона пленки нихрома имели такой же состав, как сама мишень.

Пленки сплава хрома и кремния. Эти пленки получают при совместном распылении мишеней из хрома и кремния при рабочем давлении аргона 3,9 • 10"1 Па, при этом процентное содержание компонентов в пленке регулируют подачей раз­ личного напряжения на мишени.

Электрические характеристики пленок CrSi в зависимо­ сти от их состава приведены в табл. 2.4.

Т а б л и ц а 2.4 Влияние содержания кремния на электрические характеристики пленок CrSi

Содержание

Скорость

Удельное поверх­

Относительное измене­

Si в пленке,

осаждения,

ностное электросо­

ние электросопротив­

%

нм/с

противление, Ом

ления после отжига, %

77

0,16

64,1

140

68

0,18

34,4

185

52

0,22

13,3

5,2

33

0,30

11,5

6,2

24

0,38

10,7

11,8

П р и м

е ч а н и е.

Толщина пленок 250 нм; режим отжига 1 ч

при температуре 250 0 С.

Параметры распыления и состав пленки влияют на ее структуру и, следовательно, на электропроводность.

Взаимосвязь удельного электросопротивления и содержа­ ния кремния в пленках CrSi приведена на рис. 2.33, из которо­ го видно, что удельное электросопротивление пленок с содер­ жанием кремния менее 50 % практически неизменно, а свыше 50 % - резко увеличивается.

Пленки с разным содержанием кремния проявляют раз­ личное поведение в процессе их термической обработки. Вли­ яние термической обработки на изменение удельного поверх­ ностного электросопротивления приведено на рис. 2.34.

Рис. 2.33. Изменение удельного электросо­ противления р пленок CrSi от содержания

кремния Si

Рис. 2.34. Изменение удельного поверхностного электросопротивления Рр от температуры тер­ мической обработки t 0 пленок CrSi с различным

содержанием кремния:

78 (1), 68 (5), 58 (5), 53 (^) и 25 (5) % (ат.)

AR/R, %

0,6 -

0,4

0,2

о

200

400

600

ООО

1000 <4

Рис. 2.35. Изменение электросопротивления ДЯ/Л пленок дисилицида хрома, выдерживаемых при температуре 100 °С, от времени г

Пленки с малым содержанием кремния (< 60%) сохра­ няют хорошую стабильность вплоть до температуры нагрева 400 °С; в противоположность им при увеличении кремния бо­ лее 60 % пленки становятся крайне чувствительны к термиче­ ской обработке.

При определенном соотношении хрома и кремния и усло­ вий термической обработки образуется соединение - дисили­ цид хрома (CrSi2). Пленки такого соединения имеют хорошую стабильность. Изменение электросопротивления приведено на рис. 2.35.

Металлокерамические смеси - керметы - имеют высо­ кие эксплуатационные свойства. Например, пленки хром - монооксид кремния (C r-S iO ) состоят из кристаллов метал­ лического хрома и его силицидов, диспергированных в аморф­ ной матрице диоксида кремния. С течением времени возмож­ но окончательное формирование фаз и рекристаллизация, а тахже поверхностное и объемное окисление кремния. Пленки C r-S iO изготавливают обычно способом распыления мише­ ни, состоящей из 62 % Сг и 38 % SiO; толщина осажденных пленок составляет 0 ,0 9 ...0 ,1 2 м км . Распыление производят

при остаточном давлении 1,08 Па. Температура подложки в процессе осаждения является важным фактором, влияющим на удельное электросопротивление пленок С г-S iO . Обычно осаждение производят при температуре подложки 300 °С. Из­ менить удельное электросопротивление пленок Сг - SiO мож­ но при последующей термической обработке на воздухе. На рис. 2.36 приведены кривые изменения удельного электросо­ противления пленок C r-S iO , содержащих различное количе­ ство SiO, при термообработке в течение,3Û мин на воздухе. Как видно, величина удельного электросопротивления имеет тенденцию к уменьшению с увеличением температуры термо­ обработки.

ç,MK0M-CM

 

 

Рис. 2.36. Зависимость удельно­

 

 

го электросопротивления р пле­

 

 

нок CrSiO от содержания SiO

 

 

для различных температур тер­

 

 

мообработки:

 

 

200 (1), 400 (Я), 500 (3) и 600 (4) °С

,и о

20

40 510, % ( ш )

Кремниевые сплавы, применяемые для резистивных пле­ нок, имеют более сложный состав. Например, сплавы марок PC содержат: сплав РС-3001 (30 % Сг; 0, 7 ... 1,8 % Fe, осталь­ ное Si); РС-3710 (37 % Сг; 10 % - Ni, остальное Si).

Наилучшие технологические свойства имеет сплав РС-3710, выпускаемый в виде порошка или твердых пластинмишеней. Для получения пленок этого сплава из порошка при­ меняют способ “взрывного” испарения, который практически обеспечивает воспроизводимость исходного состава сплава.

Танталовые резистивные пленки на основе тантала и его соединений находят широкое применение для создания высо­

кокачественных ГИС СВЧ, так как они имеют высокую ста­ бильность, относительно широкий диапазон удельного поверх­ ностного электросопротивления, низкий температурный коэф­ фициент электросопротивления.

Резисторы получают электронно-лучевым испарением тантала или распылением в инертной атмосфере или в реак­ тивном газе. Чистые танталовые пленки получают способом испарения со скоросью 0 ,0 9 ...0 ,1 нм/с на подложки, нагре­ тые до 100°С, при остаточном давлении (0 ,6 5 ... 1,3)‘10"~3 Па.

Пленки с удельным поверхностным электросопротивле­ нием 300 Ом имеют толщину 10 .. .12 нм. Параметры осажде­ ния - температура подложки, состав и давление остаточных газов, скорость осаждения - определяют “механизм” окисле­ ния, рост структуры пленок тантала и их электрические свой­ ства.

На рис. 2.37 и 2.38 приведены графики взаимосвязи па­ раметров осаждения и удельного электросопротивления пле­ нок тантала. Из рассмотрения графиков видно, что удельное электросопротивление пленок тантала уменьшается с увели­ чением температуры подложки (см. рис. 2.37) и уменьшением парциального давления азота (см. рис. 2.38). При рассмотре­ нии данных (см. рис. 2.38) необходимо выделить три области, характерные для взаимосвязи состава и структуры пленок с электрическими характеристиками.

Область А В - область относительно низкого парциаль­ ного давления азота (0 ,6 5 ... 1,3) • 10~3 Па. Здесь возможно образование двух модификаций пленок тантала: /?-Та и а-Та. Обычно распыленный тантал имеет тетрагональную струк­ туру (/?-Та); его удельное электросопротивление выше, чем у а-Т а, /?-Т а имеет отрицательный ТКС подобно полупро­ водникам; он также является хорошим адгезионным подслоем для пленок меди и золота, осажденных на поверхность квар­ цевых подложек. а-Т а имеет высокий положительный ТКС (1 ... 2) • 10“ 3°С “ 1 и низкое удельное электросопротивление.

Область В С - область средних

парциальных

давле­

ний азота (1,3 3 .. .6,65) 10”3 Па; в

ней образуется

соеди­

нение Ta2N, имеющее удельное электросопротивление 150 ...

... 251 мкОм-см

ç, мОм*см

Рис. 2.37. Взаимосвязь удельного электро­ сопротивления р пленок Та с температурой подложки 1я

мкОм-см

Рис. 2.38. Зависимость удельного элек­ тросопротивления р пленок тантала и его соединений от парциального давле­ ния азота Рд,а

Соседние файлы в папке книги