- •7. Технология изготовления микросхем
- •7.1. Общие сведения о микросхемах и технологии их изготовления
- •7.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала
- •7.3. Резка монокристалла и получение пластин
- •7.4. Изготовление фотошаблонов
- •7.5. Полупроводниковые микросхемы
- •1.6. Легирование методом термической диффузии примесей
- •7.8. Проектирование полупроводниковых резисторов в имс
- •7.9. Фотолитография
- •Подготовка поверхности
- •Нанесение фотослоя
- •Совмещение и экспонирование
- •Проявление
- •Травление
- •7.10. Расчет топологических размеров областей транзистора
- •7.11. Осаждение тонких пленок в вакууме
- •Термическое вакуумное напыление
- •Распыление ионной бомбардировкой
- •7.12. Тонкопленочные резисторы
- •7.13. Основы толстопленочной технологии
- •7.14. Коммутационные платы микросборок
- •Тонкопленочные платы
- •Толстопленочные платы
- •7.15. Крепление подложек и кристаллов
- •7.16. Электрический монтаж кристаллов имс на коммутационных платах микросборок
- •Проволочный монтаж
- •Монтаж жесткими объемными выводами
- •Микросварка
- •Микросварки
- •Изготовление системы объемных выводов
- •7.17. Герметизация микросхем и микросборок
- •Бескорпусная герметизация
- •Корпусная герметизация микросхем
- •Контроль герметичности
- •Контрольные вопросы
7.12. Тонкопленочные резисторы
Тонкопленочные резисторы являются элементами гибридных тонкопленочных МС, а также согласующими элементами в микросборках, где они присутствуют в виде резистивных матриц (резистивных «сборок») на отдельной миниатюрной подложке, представляющей собой компонент микросборки. В обоих случаях резисторы изготавливаются на основе общей рези-стивной пленки одновременно, т. е. по интегральной технологии.
Для осаждения тонких резистивных пленок используют стандартные резистивные сплавы в виде порошков (для термовакуумного напыления) или дисков-мишеней (для распыления ионной бомбардировкой). Сплавы
представляют собой силициды хрома, никеля, железа и двойные или тройные системы на их основе. Содержание кремния в них от 15 до 95 % обеспечивает широкий диапазон удельных сопротивлений. Конкретные марки ре-зистивных сплавов характеризуются рекомендуемыми значениями удельного поверхностного сопротивления R^, Ом, допустимой удельной мощностью рассеивания Р0, Вт/см2, температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) а, К'1 и коэффициентом старения уст. Параметры некоторых сплавов для получения тонкопленочных резисторов приведены в табл. 7.6.
Таблица 7.6. Электрофизические свойства резистивных металлосилицндных сплавов
Марка сплава |
Лея, ОМ |
а • 10"4, КГ1 |
Рь Вт/см2 |
Необратимые изменения за 1000 ч при 85 °С при нагрузке 1 Вт/см2, не более |
РС5006 РС5402 РС5406К РС5406Н РС3710 РС4800 РС1714 РС4206 РС4400 РС1004 РС2310 РС2005 |
3...20 5.. .100 10.. .500 50.. .500 50... 3000 100.. .1000 300.. .500 1000 1000.. .5000 3000... 50000 10000.. .80000 80000... 500000 |
0,5 0,5 0,5 0,3 1 2 2 0,5 3 15 12 12 |
5 2 2 2 5 5 5 2 10 5 5 5 |
0,02 0,01 0,01 0,01 0,005 0,01 0,01 0,005 0,02 0,02 0,02 |
Марка Лея» Ом а-КГ4, pq, Необратимые изменения за
сплава К"1 Вт/см2 1000 ч при 85 °С при на-
грузке 1 Вт/см2, не более
РС5006 3...20 03 5 ОД2
РС5402 5...100 0,5 2 0,01
РС5406К 10...500 0,5 2 0,01
РС5406Н 50...500 0,3 2 0,01
РС3710 50...3000 1 5 0,005
РС4800 100...1000 2 5 0,01
РС1714 300...500 2 5 0,01
РС4206 1000 0,5 2 0,005
РС4400 1000...5000 3 10 —
РС1004 3000...50000 15 5 0,02
РС2310 10000...80000 12 5 0,02
РС2005 I 80000...500000 [ 12 | 5.1 0,02
С учетом выводов резисторов из электропроводящей тонкой пленки структуру резистора можно рассматривать как двухслойную. При этом возможны три технологических способа формирования резисторов (рис. 7.24):
фотолитографический — напыление сплошной резистивной пленки, напыление сплошной проводящей пленки, фотолитография по проводящей пленке, фотолитография по резистивной nm»w (пае- i ~>а. к\-
т рафаретный — напыление резистивных элементов через трафарет, напыление проводящих элементов через трафарет (рис. 7.24, а);
комбинированный — напыление сплошной резистивной пленки, напыление проводящих элементов
Рис. 7.24. Структура и топология тонкопленочных резисторов
через трафарет, фотолитография по рис. 7.24. Структура и топология тон- резистивной пленке. копленочных резисторов
Трафаретный способ более производителен, но заметно уступает фотолитографическому по разрешающей способности (а^ и точности (Д„):
Параметр, мм amin ±А„ В (//й)т«
Фотолитографический способ 0,1 ±0,005 0,1 Не ограничено
Трафаретный способ 0,3 ±0,02 0,2 10
Уширение проводящего вывода на величину В с каждой стороны призвано не допустить изменение сопротивления резистора из-за погрешности совмещения резистивного и проводящего рисунков.
Для приближения выводов высокоомного резистора друг к другу и сокращения длины связей в МС конструктор может отступить от прямолинейной конфигурации резистора и ввести в нее два или более изгибов под прямым углом (рис. 7.25). При этом следует учитывать два обстоятельства.
Рис. 7.25. Конфигурация резистора типа «меандр»: а — параметры меандра; б — участки изгиба
При любой конфигурации резистора входной и выходной токи должны быть ориентированы в одну сторону. В противном случае преду смотренные уширения выводов не будут выполнять своих функций и по грешность совмещения проводящего и резистивного слоев вызовут допол нительную погрешность сопротивления. Следует отметить, что для полу проводниковых резисторов указанное правило не имеет смысла.Участок изгиба имеет пониженное сопротивление в сравнении с линейным участком той же длины (по средней линии), что требует коррек тировки длины резистора в сторону ее увеличения. Так, Г-образный участок,
включающий три квадрата (см. рис. 7.25, б), вместо 3/^ имеет сопротивление 2,55/?а„ а П-образный, включающий пять квадратов, вместо 5/^, имеет сопротивление 4/^ (R^, — удельное поверхностное сопротивление). Это явление объясняется тем, что плотность тока на изгибах оказывается более высокой у внутреннего контура резистора, в результате чего электрическая длина резистора (по средней плотности тока) уменьшается.
Наиболее сложную конфигурацию имеет меандр, который используется для уменьшения габаритов резистора и упрощения последующей коммутации, хотя занимаемая резистором площадь при этом возрастает. Как следует из рис. 7.25, а, геометрическими параметрами резистора-меандра являются: ширина резистивной полоски а, шаг звеньев меандра t (под звеном подразумевается Г-образная часть меандра), ширина резистора В и длина L. Поскольку L = nt, где п — число звеньев, В = l/п, где / — длина исходного прямолинейного резистора,
(7.15)
Для получения однозначного решения обычно принимают t = 2auL = B, т. е. меандр вписывают в квадрат, что обеспечивает минимальные габаритные размеры. Тогда
(7.16)
где / и а — длина и ширина предварительно спроектированного резистора линейной конфигурации.
Далее сопротивление резистора-меандра представляют в виде суммы сопротивлений П-образных, Г-образных и линейных участков, из которой затем определяют необходимую длину линейных участков /(. Например, для резистора, представленного на рис. 7.25,
где R — заданное сопротивление резистора.