Технологический процесс
При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография и литографическое оборудование.
Разрешающая способность этого оборудования (т.н. проектные нормы) и определяет название применяемого техпроцесса.
Пример:
Процессоры Intel (Core 2 Duo) делают по УФ-технологии 0,045 мкм;
видеопроцессоры и flash-память фирмы Samsung - 0,040 мкм);
Процессоры Intel Core i3 -i7- тех. процесс - 0,032 мкм.
Компоненты имс
Катушки индуктивности ИМС (thin film inductor)
Рис. 9.8 Тонкопленочная катушка индуктивности для гибридных ИМС
Наиболее трудновыполнимые элементы ИМС.
Индуктивный эффект - отставание тока от напряжения по фазе.
В качестве индуктивности могут использоваться искусственно созданные схемные элементы (гираторы), реализующие индуктивный эффект (например, транзисторы, работающие в таком режиме, при котором 1К отстает по фазе от напряжения UK на 90°).
Реализуемые таким образом катушки имеют малую индуктивность (микрогенри) и добротность.
Применяются пленочные индуктивности в виде однослойной спирали на плоскости, часто из золота, т.к. оно обладает хорошей проводимостью (индуктивность мкГ/см ).
Т.к. изготовление тонкопленочных индуктивностей связано с трудностями, применяются главным образом дискретные навесные микрокатушки индуктивности.
Резисторы ИМС (thin film resistor)
Резисторы для полупроводниковых ИМС изготавливаются одновременно с созданием эмиттерной и базовой областей транзисторов методом локальной диффузии примеси в область базы или область эмиттера. Диапазон номиналов диффузионных резисторов лежит в пределах от 10 Ом до 50 кОм.
Пленочные резисторы для гибридных ИМС изготавливаются из материалов, обладающих высоким электрическим сопротивлением: хрома, тантала, металлокерамики и др.
Для получения стабильных пленочных сопротивлений толщина пленки берется от 0,01 до 1 мкм.
Рис. 9.9 Тонкопленочные резисторы для гибридных ИМС
Очень тонкие пленки (0,005 мкм) значительно изменяют свои параметры в процессе изготовления и эксплуатации схемы. Кроме того, воздействие воздуха вызывает поверхностное окисление, которое приводит к изменению сопротивления.
В более толстых пленках это окисление сказывается меньше. Однако пленки толщиной более 1 мкм не обеспечивают достаточно прочного сцепления с подложкой.
Величина сопротивления определяется выражением
R =.l / b.h (9.1)
где р - удельное сопротивление материала;
b - ширина резистивного слоя [см];
h - толщина пленки;
l –длинна пленки
Очевидно, что при одной и той же толщине резистивной пленки можно получать различные сопротивления, отличающиеся друг от друга в десятки раз. Для этого достаточно изменять отношение длины пленки к ее ширине.
Диапазон номиналов пленочных резисторов лежит в пределах от 50 Ом до 10 Мом.
Конденсаторы имс
В полупроводниковых ИМС конденсатор формируется методом диффузии одновременно с формированием транзистора.
Используют барьерную емкость p-n-перехода эмиттер-база, коллектор-база или коллектор-подложка. Переход эмиттер-база обладает наибольшей из всех переходов удельной емкостью (порядка 1500 пФ/мм2).
Рис.9.10 конденсатор на переходе Э/Б структуры транзистора; МОП конденсатор
Удельная емкость перехода коллектор-база в 5 - 6 раз ниже. Наименьшая удельная емкость у перехода коллектор-подложка.
Недостаток - наличие паразитных емкостей, которые обычно возникают между одной из обкладок конденсатора и землей.
Тонкопленочные конденсаторы (thin-film capacitor)
Рис.9.11 Тонкопленочный конденсатор для гибридных ИМС
Обычно состоят из трех слоев: двух металлических обкладок (алюминий, золото, серебро, медь, тантал и др.), и диэлектрического слоя между ними (моноокись кремния SiO, моноокись германия GeO, трехсернистая сурьма SbiSs и др.). Толщина слоя д/э - обычно десятые доли [мкм].
C = 0,0885 e S/d [пФ], (9.2)
где С - емкость [пФ];
S - площадь обкладок конденсатора [см2];
d - толщина диэлектрика.
Удельная емкость
С0=0,0885 e/d [пФ/см2]. (9.3)
Тонкопленочные конденсаторы, как правило, позволяют получить емкость от единиц [пФ] до [мкФ]. При необходимости получения больших емкостей применяют дискретные конденсаторы.