Учебно-методический комплекс по дисциплине “технология изделий электронно-оптической техники” для студентов специальности т 08. 03. 00 «Электронно-оптические системы и технологии»
|
|
Скачать 2.83 Mb.
|
|
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине “ТЕХНОЛОГИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ” для студентов специальности Т 08.03.00 «Электронно-оптические системы и технологии» Факультет - компьютерного проектирования Кафедра - ЭТТ Курс - 4 Семестр - 8 Лекций - 64 час. Лабораторные занятия - 32 час. Практические занятия - 16 час. Экзамен Всего: 96 часов Минск 2007 СОДЕРЖАНИЕ ^ ……………………………………………………………………………………………………….…….3 Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакам……………………………………………….….14 2. Пленочные элементы…………………………………………………………………………………………………..……16 2.1 Резисторы……………………………………………...…………………………………………………………..16 2.2 Конденсаторы…………………………………………………………...……………………………………..….19 2.3 Индуктивности……………………………………………………………………...…………………………….22 3 Резисторы и конденсаторы в «полупроводниковом» исполнении………………………………………………….24 3.1 Конденсаторы………………………………………………………………………..……………………………24 3.2 Резисторы……….…………………………………………………………………….…………………………..26 4. Конструкционная основа для ИС…………………………………………………………………………………………..32 5. Базовые технологические процессы изготовления ИС…………………………………………………………………...34 5.2. Типы и конструкции испарителей........................................................................................................................37 5.3. Лазерное, электронно-лучевое, «взрывное» испарение…………………………………………………..…...41 5.4. КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ………………………………………………………………………………..….44 5.5 Высокочастотное распыление. Реактивное распыление…………………………..…………………………...45 5.6 ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ……………………………………….……………………….46 5.7 Хлоридные и силановый методы получения эпитаксиальных слоев…………………..………………..47 5.8 Легирование при эпитаксии………………………………………………………………………..………….…49 5.9. Термическое окисление Si…..………………………………………………………………………..…………52 5.10. Пиролитическое получение пленок из газовой фазы при нормальном и пониженном давлении…...…...54 5.11. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ….……………………………………………………….….…….55 6. Формирование легированных слоев в технологии ИЭОТ….…………………………………………………..…..…….56 6.1. Распределение примесей при диффузии и неограниченного и ограниченного источников…………..……56 6.2 Локальная диффузия………………………………………………………………………………………….....57 6.3 Многостадийная диффузия…..…………………………………………………………………………………..58 6.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ…..……………………..……………..60 7. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИЭОТ…..…………………………………………62 7.1 Масочные методы. Метод свободных масок. Классификация масок и методы получения……………..….62 7.2 Контактная фотолитография …………………………………………………………………………………....65 7.3.Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесение………..……………………………………67 7.4 Проекционная ФЛГ …….…………………………………………………….……………………………….…79 7.5 Электрополитография ………………………………………………………….………………………………..84 7.6 Рентгенолитиграфия……………………………………………………………..……………………………….88 7.7 Ионнолитография………………………………………………………………….……………………………..90 8 Сборочные процессы в технологии ИЭОТ…………………………………………………………………………………91 8.1 Методы разделения пластин и подложек…..……………………………………………..…………………….91 8.2 Методы установки кристаллов и плат в корпуса…..……………………………………….………………….96 8.2.1 Монтаж с использованием эвтектических сплавов….……………………………………………...96 8.2.2 Монтаж с использованием клеев и компаундов…………………………………………………….97 8.3 Виды выводов……………………………………………………………………………………….…………....98 8.4 Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сварки…….……………………………..……….100 8.5 Методы и материалы для герметизации кристаллов и плат……..…………………………………..……….104 9 Толстопленочная технология………………………………………………………………………………………………106 9.1 Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Технология нанесения и вжигания паст…………………………………………………………………………………………………..106 9.2 Методы формирования рисунка. Трафаретная печать………………….…………………………………….107 10. Технология очистки………………………………………………………………………………………………………109 11 Oсновные методы производства волоконных световодов……………………………………………………………...114 11.1 Одномодовые световоды. Многомодовые световоды с и ступенчатым профилем…...…………………..114 11.2 Модифицированный процесс EVD (MCVD)… ……………………………………………………………..115 11.3 Принципы и особенности построения ВОПС (волоконно-оптической системы передач)… ……………118 1 Классификация ИЭОТ по конструктивно-технологическим признакам -2 часа. Гибридные ИС (ГИС), пленочные ИС (ПлИС), полупроводниковые ИС (ПИС), совмещенные ИС (СИС), многокристальные ИС и микросборки. Определение, структура. Базовый процесс изготовления планарно-эпитаксиального n-р-n транзистора со скрытым слоем. В соответствии с принятой терминологией интегральной микросхемой называется микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое. Приведенное определение подразумевает, что интегральная микросхема состоит из электрорадиоэлементов, к которым относятся транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и другие устройства. Часть интегральной микросхемы, которая реализует функцию какого-либо электрорадиоэлемента, выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие, называется элементом. Та часть микросхемы, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации, называется компонентом. В то же время следует иметь в виду, что в последние годы интенсивно развивается новое направление — функциональная микроэлектроника, некоторые устройства которой не могут быть разделены на электрорадиоэлементы. Поэтому функциональную микроэлектронику иногда называют несхемотехнической. По конструктивно-технологическому исполнению интегральные микросхемы подразделяются на три большие группы: полупроводниковые, гибридные и прочие (Рисунок В. 1). В группу прочих входят, пленочные, вакуумные, керамические и другие микросхемы. Полупроводниковой называется микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Если все элементы и межэлементные соединения микросхемы выполнены в виде пленок, то она называется пленочной. Гибридная микросхема содержит, кроме пленочных элементов, также компоненты. В зависимости от толщины пленок и способа их получения пленочные и гибридные микросхемы подразделяются на тонко- и толстопленочные. Тонкопленочная ИМС — интегральная микросхема с толщиной пленок до 1 мкм, элементы которой изготовляются преимущественно методами вакуумного распыления и осаждения. Толстопленочная ИМС — интегральная микросхема с толщиной пленок 10—70 мкм, элементы которой изготовляются методами трафаретной печати (сеткография). Применяются также совмещенные микросхемы. Основу совмещенной микросхемы представляет полупроводниковый кристалл со сформированными в нем транзисторами и диодами, а пассивные элементы полностью или частично выполнены в виде напыленных на поверхность кристалла тонких пленок. Интегральные микросхемы подразделяют па цифровые и аналоговые. Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, то она называется цифровой. К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции, в частности линейные микросхемы.  Рисунок 1.1. Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическим признакам. Чрезвычайно важными характеристиками микросхем являются степень интеграции и плотность упаковки. ^ представляет показатель сложности микросхемы и характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Если обозначить число элементов и компонентов через N, то степень интеграции К можно определить по формуле К= = lq/V, где К округляется до ближайшего большего целого числа. Так, микросхема, содержащая до 10 (включительно) элементов и компонентов, обладает первой степенью интеграции; содержащая свыше 10 до 100 элементов и компонентов — второй степенью интеграции и т. д. Кроме того, в зависимости от количества элементов и (или) компонентов конструктивно-технологического исполнения (металл— диэлектрик — полупроводник (МДП) или биполярные), а также функционального назначения (цифровые или аналоговые) различают микросхемы малого (МИС), среднего (СИС), большого (БИС) и сверхбольшого (СБИС) уровня интеграции (Таблица В. 1). В последние годы появились сверхскоростные интегральные микросхемы (ССИС). Критериями быстродействия таких микросхем являются: время задержки распространения сигнала для цифровых ИМС не более 2,5 нс/вентиль, нижняя граница диапазона рабочих частот для аналоговых ИМС свыше 300 МГц. Таблица 1
Плотностью упаковки называется отношение числа элементов и компонентов микросхемы к ее объему. Микросхемы, предназначенные для использования в конкретной аппаратуре и изготовляемые непосредственно на предприятии, производящем данную аппаратуру, называются микросхемами частного применения. В ряде случаев разработчики конкретной радиоэлектронной аппаратуры для улучшения показателей ее миниатюризации изготавливают так называемые микросборки (МСБ), в состав которых входят элементы, компоненты и (или) интегральные микросхемы (в корпусах или без них), а также другие электрорадиоэлементы в различных сочетаниях. Устройство, состоящее из микросборок, интегральных микросхем и компонентов, представляет собой микроблок. Наибольшими степенью интеграции и плотностью упаковки обладают полупроводниковые интегральные микросхемы, затем в порядке уменьшения этих показателей следуют тонкопленочные и толстопленочные (в том числе гибридные) микросхемы и микро-сборки. С точки зрения унификации процессов производства целесообразно применять в определенной аппаратуре микросхемы единого конструктивно-технологического исполнения (полупроводниковые или гибридные). Совокупность типов интегральных микросхем, выполняющих различные функции, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного использования в РЭА и ЭВА, образует серию микросхем. Наиболее современным результатом поступательного развития и взаимного обогащения микроэлектроники и вычислительной техники является разработка и широкое применение микропроцессорных БИС и СБИС. Микропроцессор (МП) представляет собой программно-управляемое устройство, осуществляющее обработку цифровой (иногда аналоговой) информации и построенное на основе одной или нескольких БИС или СБИС. С появлением микропроцессоров в производстве РЭА и ЭВА усилился процесс «вертикальной интеграции», когда законченное электронное устройство изготавливается в виде одной или нескольких БИС или СБИС, причем и БИС (СБИС), и устройство в целом разрабатываются и производятся на одном предприятии. Другим наиболее современным направленном развития интегральных микросхем является производство и применение матричных БИС (СБИС) па основе базовых кристалле»!, т. е. кристаллов с большим количеством регулярно расположенных элементов, соединяемых между собой различным образом в зависимости' от функционального назначения изготавливаемой БИС (СБИС). Решение задач комплексной' миниатюризации РЭА и ЭВА, усложнение конструкций электронных устройств и углубление специализации выполняемых ими функций ведут к необходимости более тесного взаимодействия специалистов в областях схемотехники, системотехники, конструирования и технологии. Другими словами, становится еще более необходимой интеграция знаний и профессий специалистов. 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 - ра = 10 Ом/с; 2 - ра = 100 Ом/с; 3 - ра = 1000 Ом/с; 4 - ра = 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 Ра . Основным параметром пленочного резистора является коэффициент формы Кф.  (2.1.1)где l - длина резистора; b - его ширина; R - сопротивление; Ра - Удельное поверхностное сопротивление, Ом/см. Удельное поверхностное сопротивление ра 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 bp определяется из условия допустимой рассеиваемой удельной мощности Pо 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 Kф>I  (2.1.4)если Kф  (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 Рa может быть сделан по графику Рисунок 2.1.2, а затем, исходя из ра , может быть выбран материал резистивной пленки. в тех случаях, когда Kф>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. 2.2 Конденсаторы Характеристики тонкопленочных конденсаторов зависят как от материала диэлектрического слоя, так и от материала обкладок. Материал обкладок конденсатора должен удовлетворять следующим требованиям: иметь низкое электрическое сопротивление (для ВЧ конденсаторов); ТКЛР, равный или близкий к ТКЛР подложки и диэлектрического слоя; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к ранее напыленным пленкам; обладать высокой антикоррозионной стойкостью в условиях агрессивной среды. Для изготовления обкладок конденсаторов чаще всего применяются следующие материалы: алюминий А-99 ГОСТ 11069-74, тантал ТВЧ ТУ 95.311-75; титан BTI-0 ТУ I-5-III-73. Алюминий по сравнению с другими металлами (например, никелем, хромом, золотом) обеспечивает значительно меньшее число коротких замыканий между обкладками через диэлектрик. Это объясняется низкой температурой испарения алюминия и пониженной подвижностью его атомов на поверхности подложки из-за тенденции к окислению. Материалы, применяемые для изготовления диэлектрических слоев, должны удовлетворять следующим требованиям: иметь высокое значение диэлектрической проницаемости; минимальный температурный коэффициент емкости (ТКИ); минимальные потери энергии на высокой частоте ( tg  ); обладать высокой влагоустойчивостыо и теплостойкостью; обеспечивать получение плотных и однородных пленок; иметь хорошую адгезию как к подложке, так и к материалам обкладок; обладать высокой электрической прочностью.Наиболее часто применяют моноокись кремния SiО , трехсернистую сурьму Sb2S3 моноокись германия GеО . Можно также использовать сульфид цинка ZnS , фтористый магний MgF2, и некоторые редкоземельные окислы и фтористые соединения. Возможно применение ферроэлектрических пленок, например, титаната бария. ВаТiO3 и смеси титаната бария с титанатом стронция ВаТiO3 + SrTiO3. Для получения конденсаторов большой емкости используют анодированные пленки тантала Та2O5 , а также анодированный алюминий Al2O3. В тонкопленочных микросхемах различают преимущественно три варианта конструкции конденсаторов: конденсаторы с трехслойной структурой (две проводящие обкладки, разделенные диэлектриком); многослойные конденсаторы, отличающиеся от предыдущего варианта повторяющимся нанесением проводящих и диэлектрических пленок; гребенчатые конденсаторы, у которых емкость образуется за счет краевого эффекта. Многослойные конденсаторы выполняются для расчетной площади > 1-2 мм2. Разновидности конденсаторов приведены на рисунке 1.3. Если расчетная площадь конденсатора S*- I мм , его можно выполнять либо в виде последовательно соединенных конденсаторов (Рисунок 1.3,б), либо в виде двух пленочных обкладок и подложкой в качестве диэлектрика (Рисунок 1.3,г). Такая конструкция позволяет получить емкость порядка нескольких пикофарад на I см площади. Для получения еще меньшей емкости (доли пикофарады) можно выполнить гребенчатые конденсаторы (рисЛ.З.д) или конденсаторы в виде дзух параллельных полосок (Рисунок1.3,е). Емкость гребенчатого конденсатора определяется по формуле: C=   рl (2.2.1)где - коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке 1.46; l - длина общей границы двух гребенок; р - результирующая проницаемость подложки и среды (воздух или заливка) (2.2.2)где  - проницаемость подложки;  - проницаемость среды.Конструктивный расчет тонкопленочного конденсатора сводится к определению его геометрических размеров S и d и удельной емкости Со. Исходными для расчета являются: номинальная емкость С (пФ), относительное отклонение номинального значения емкости  рабочее напряжение Up (В), рабочая частота f (МГц).Расчет конденсаторов с площадью перекрытия обкладок 5 мм2 и более (Рисунок 1.3,а) ведут в следующем порядке. Вначале определяют толщину диэлектрика  (2.2.2)где Епр- пробивное напряжение для выбранного материала диэлектрика (В/см); Кз- коэффициент запаса (Кз = 2-4). Затем вычисляют максимально допустимую относительную погрешность воспроизведения площади конденсатора  (2.2.3)где  - погрешность воспроизведения удельной емкости (составляет 5-10$);  - температурная погрешность емкости:αс - температурный коэффициент емкости (ТKЕ) материала диэлектрика (I°/C); T - максимальная рабочая температура конденсатора (I/°С);  - погрешность емкости, обусловленная старением тонкопленочных конденсаторов (не превышает 2-3%).Впоследствии оценивают удельную емкость материала диэлектрика по формулам  (2.2.4) (2.2.5)где  - абсолютная погрешность воспроизведения размеров конденсатора (для масочного метода = +0,001 см);  =A1/B1 - коэффициент формы конденсатора.Окончательное значение удельной емкости Сд выбирается из условия C0’ > C0 < C0” (2.2.6) (%)  Рисунок1.3. Разновидности конструкций тонкопленочных конденсаторов: а - с активной площадью перекрытия обкладок S > 5 мм2; б - с S -= 1-5 мм2; в,г - с S < 1 мм2; д - гребенчатая; в - в виде двух параллельно расположению проводящих пленок. 1 - диэлектрик; 2,3 - обкладки; 4 - подложка. В дальнейшем уточняемся толщина диэлектрика по формуле  (2.2.7)Минимальная толщина диэлектрика ограничивается электрической прочностью, а максимальная - возможностями пленочной технологии. Чаще всего толщина диэлектрика находится в пределах от 0,3-0,5 до I мкм. После окончательного выбора d уточняется величина^. Из соотношения S=~c~ определяет активную площадь перекрытия S обкладок конденсатора» Геометрические размеры конденсатора рассчитывают по следующим формулам: верхней обкладки  (2.2.8) (2.2.9)нижней обкладки A2=A1+2(  A+ ) (2.2.10)B2=B1+2( A+) (2.2.11)диэлектрика A3=A2+2( A+) (2.2.11)B3=B2+2( A+) (2.2.12)где - погрешность установки и совмещения масок (см).При площади перекрытия обкладок 1-5 мм2 необходимо учитывать краевой эффект. Емкость конденсатора в данном случае вычисляется по формуле  (2.2.13)где k - поправочный коэффициент, который определяется из графика, представленного на рисунке 1.4. С учетом краевого эффекта для получения заданной емкости конденсатора необходимо уменьшить его площадь в к раз. В остальном конструктивный расчет подобных конденсаторов не отличается от изложенного выше. Емкость гребенчатого конденсатора определяется по формуле  (2.2.14)где - коэффициент, значение которого определяется из графика Рисунок1.4,б;  - диэлектрическая проницаемость соответственно материала подложки и окружающей среды; l - длина совместной границы двух проводников.Для электрического соединения различных элементов микросхем и микросборок на подложке используют тонкопленочные проводники, которые должны быть выполнены из материалов с высокой проводимостью и адгезией к подложке. Конфигурацию таких проводников выбирают в виде полосок минимальной ширины, определяемой возможностями технологии с учетом максимального тока, протекающего по этому проводнику. Допустимую величину плотности тока принимают j = 20 А/мм2. Технологический процесс получения микросхем значительно упрощается, если для внутрисхемных соединений и контактных площадок используют одинаковые Материалы. Наиболее подходящим для Проводников является алюминий, однако очень трудно обеспечить хорошее механическое и электрическое соединения с алюминиевой пленкой. Можно применять также такие материалы как серебро и золото, однако это не всегда экономически оправдано. Все эти материалы, обладая высокой проводимостью, имеют сравнительно низкую адгезию к подложке. Поэтому зачастую используют двух- или, трехслойные пленочные структуры для межсоединений. Для достижения высокой адгезии напыляют подслой из хрома или нихрома на подложки из ситалла, стекла, керамики или на межслойную изоляцию из монооксида кремния. Материал следующего слоя выбирают из условия хорошей проводимости и возможности подсоединения внешних выводов. Обычно для этих целей используют золото, никель, медь вакуумной плавки и алюминий. Иногда применяют трехслойные структуры.  Рисунок 2.4. Зависимости, характеризующие изменение поправочного коэффициента от конструктивных параметров пленочного конденсатора: а - для конденсатора, показанного на рисунке 1.3,6, б; б - для конденсаторов, показанных на рисунке 1.3, д,е. В таблице приведены характеристики некоторых материалов, применяемых для проводников и контактных площадок гибридных микросхем. Характеристики материалов, применяемых для проводников и контактных площадок
В конструкции тонкопленочной интегральной микросхемы часто один проводник пересекает другой. В месте пересечения проводники должны быть изолированы друг от друга тонкой пленкой диэлектрика. Каждое пересечение должно иметь сопротивление проводников не более 0,8 Ом/см, а емкость не более пФ. При выборе материала межслойной изоляции и прилегающих проводников необходимо учитывать совместимость материалов. Несовместимость может иметь место, например, при использовании хрома для проводника и моноокиси кремния для изолятора. Хром будет диффундировать в моноокись кремния, снижая пробивное напряжёние. Может возникнуть и другое явление: гальвано-диффузионный эффект. Этот эффект появляется в структуpax металл-диэлектрик-металл, он увеличивает ток утечки в места пересечения проводников и разрушает проводники. Для изоляции проводников в большинстве случаев применяют моноокись кремния и халькогенидное стекло. 2.3 Индуктивности Для комплексной микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры наряду с пленочными резисторами и конденсаторами необходимо иметь и пленочные индуктивные элементы. Уменьшение размеров индуктивных элементов ведет к уменьшению их самоиндукции, так как последняя зависит от площади, охватываемой элементом. Реально на площади 1 см2 можно выполнить элемент с индуктивностью не более 1 мкГн, используемый на частотах не ниже 40—50 МГц. При больших значениях индуктивности следует применять навесные катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками-. ^ Возможными конструктивными решениями пленочных индуктивных элементов могут быть: линейчатая полоска (Рисунок 2.24, а); одновитковая круглая петля (Рисунок 2.24, б); одновитковая квадратная петля (Рисунок 2.24, в); многовитковая круглая спираль (Рисунок 2.24, г); многовитковая квадратная спираль (Рисунок 2.24, д).  Рисунок 2.5. Пленочные элементы индуктивности. Формулы для расчета индуктивности. Ниже приводятся формулы для расчета индуктивности указанных выше конструкций элементов. Формулы эти полуэмпирические и обеспечивают точность в несколько процентов. При пользовании ими следует учитывать следующее: главным фактором, определяющим одновитковую петлю, является площадь, заключенная в плоскости петли; для заданной площади круглая петля соответствует наименьшей длине проводника и, следовательно, наиболее высокой добротности ; в многовитковой спирали, если связь между витками достаточно сильная, индуктивность растет пропорционально квадрату числа витков; в приводимых формулах все размеры даны в сантиметрах, индуктивность – в микрогенри, логарифмы натуральные. 3 Резисторы и конденсаторы в «полупроводниковом» исполнении. Топологические решения. Методы расчета 3.1 Конденсаторы В качестве конденсаторов, т. е. пассивных элементов полупроводниковых ИМС, предназначенных для использования их .емкости, чаще всего находят применение обратно-смещенные р — п-gtреходы Кроме того, применяются структуры типа металл —диэлектрик .— полупроводник (МДП) (в том числе в биполярных микросхемах). Реже используются структуры типа металл — диэлектрик — металл (МДМ). На рисунке 3.1.1 изображены структуры конденсаторов полупроводниковых микросхем, а В таблице 3.1.1 представлены ориентировочныезначения их параметров .   Рисунок 3.1.1. Структуры конденсаторов полупроводниковых микросхем: а—на основе эмиттерного р—п -перехода транзистора; б—на основе коллекторного перехода: в - на основе р-n перехода коллектор—подложка; г-на основе параллельно включенных емкостей эмиттерного и коллекторного р—n-переходов; д—типа металл—диэлектрик—полупроводник. Поскольку профиль распределения концентрации примесей в вертикальных (боковых) плоскостях пленарных р — n-переходов, полученных диффузией, значительно отличается от профиля распределения в горизонтальной части р — n -переходов и аналитический расчет его затруднителен, В таблице приводятся ориентировочные значения параметров для обоих случаев. Полная емкость. Таблица 3.1.1  конденсатора при использовании данных Таблица рассчитывается в соответствии с соотношением  (3.1.1)где Согор, Соверт и Sгор Sверт — удельные емкости и площади горизонтальных и вертикальных плоскостей р — «-переходов. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) конденсатора определяется выражением  (3.1.2)где ^ 2—Т1) изменение емкости (С2 — С1) связано с изменением температуры линейной зависимостью, то ТКЕ описывается формулой  (3.1.3)Для конденсаторов на основе р—переходов при обратных напряжениях порядка нескольких вольт ТКЕ составляет величину ас = (2—5) 104 1/град. Емкость конденсаторов типа металл — диэлектрик — полупроводник рассчитывается следующим образом. Поскольку полная удельная емкость структуры типа МДП Со состоит из последовательно включенных удельных емкостей диэлектрика СОд и пространственного заряда в полупроводнике С0П) она может быть определена согласно соотношению:  (3.1.4)Удельная емкость диэлектрика является величиной постоянной, определяет максимальную удельную емкость всей структуры и рассчитывается по формуле   (3.1.5)Где и  — диэлектрическая проницаемость и толщина диэлектрической пленки.Емкость области пространственного заряда в поверхностном слое полупроводника зависит от приложенного к МДП-конденсатору напряжения. Если знак и величина приложенного напряжения таковы, что на поверхности полупроводника образуется слой, обогащенный основными носителями заряда, полная удельная емкость определяется удельной емкостью диэлектрика, т. е. С0=С0я. (Для структуры, изображенной на рисунке 3.1.1, д, это равенство будет выполняться при приложении к металлическому электроду, расположенному над окислом, достаточно большого по величине напряжения положительного знака.) При соответствующих знаке и достаточно большой величине приложенного напряжения в приповерхностном слое полупроводника под окислом может образоваться инверсионный слой, т. е. слой с обратной по отношению к нейтральному состоянию полупроводника проводимостью. В условиях сильной инверсии удельная емкость пространственного заряда Сов постоянна и может быть рассчитана так же, как емкость p—n перехода. В условиях, промежуточных по отношению к описанным двум экстремальным случаям, полная удельная емкость МДП-конденсатора рассчитывается согласно соотношению  (3.1.6)где ^ — приложенное напряжение. Рассмотренная зависимость емкости МДП-конденсатора на частотах выше 100 Гц от напряжения (вольт-фарадная характеристика) иллюстрируется Рисунок 3.1.2. Как видно из рисунка, при отрицательных напряжениях на металлическом электроде (для полупроводника р-типа) удельная емкость определяется емкостью окисла, при значительных положительных напряжениях — емкостью пространственного заряда инверсионного слоя в полупроводнике, при промежуточных значениях напряжения она изменяется согласно соотношению (3.1.5).  Рисунок 3.1.2 Зависимость нормализованной удельной емкости МДП-конденсатора от величины и знака приложенного напряжения. Ориентировочно структура типа МДП- (см. Рисунок 3.1.1, д) обладает ванной удельной емкости С0 =400 — 600 пФ/мм2 и пробивным напряжением Uпр=10—50 В. ТКЕ составляет величину около ас=10-4 1/град. Конденсаторы, как правило, не применяются в современных логических ИМС. В аналоговых микросхемах находят применение конденсаторы на основе р—«-переходов и иногда — в виде структур типов МДП или МДМ. В запоминающих устройствах (ЗУ) широко используются емкости р—n-переходов и МДП-структур. 3.2 Резисторы В качестве резисторов, т. е. пассивных элементов ИМС, предназначенных для использования их электрического сопротивления, применяются обычно слои полупроводника, создаваемые с помощью диффузии примесей одновременно с коллекторными или базовыми областями транзисторов. Области, создаваемые вместе с эмиттерами транзисторов, применяются для этой цели реже, так как они имеют слишком малое удельное сопротивление. При использовании в технологическом процессе производства ИМС ионной имплантации примесей резисторы могут создаваться как одновременно с изготовлением областей транзистора, так и независимо. Кроме того, возможно применение резисторов, полученных путем вакуумного напыления на поверхность полупроводникового кристалла тонких пленок металлов или сплавов (в этом случае микросхемы называются совмещенными). В последнее время получили развитие резисторы из поликристаллического кремния, нанесенного на поверхность кристалла. Структуры резисторов, получаемых путем диффузии примесей, показаны на рисунке 3.1.1. Там же схематично показано распределение концентрации примесей в слоях полупровоадниковых структур, образующих резистор. Если микросхема должна содержать резисторы с достаточно высоким сопротивлением (порядка нескольких десятков килоом и более), то изготовляются так называемые сжатые резисторы (пинч-резисторы). В варианте пинч-резистора, изображенного на рисунке 3.1.1, г, в качестве резистивного слоя используется базовый, а эмит-терный слой полностью перекрывает резистивную полоску и в полупроводниковой структуре непосредственно контактирует с коллекторным слоем. Соединенные таким образом коллекторный и эмиттерный слои могут играть роль полевых затворов, если на них подавать обратное по отношению к резистивному слою смещение. Аналогичную конструкцию имеет пинч-резистор, в котором резис-тивным слоем является коллекторная область транзистора (Рисунок 3.1.3 б).бОдним из основных параметров, характеризующих резистор, является сопротивление квадрата площади резистивного слоя ркв. Поясним смысл этого параметра, используя известную формулу для расчета электрического сопротивления R: R = pl/(bd) (3.2.1) где р — объемное удельное сопротивление, Ом-см; l — длина, см; bud — размеры поперечного сечения (ширина и толщина) резистивного слоя, см. Обозначим отношение p/d = pKB, получив таким образом указанный параметр, измеряемый в Ом/кв. Формула примет вид, R=pквl/b (3.2.2) Использование параметра удельного сопротивления ркв предполагает, что толщина d тонкого слоя или пленки фиксирована. Другими словами, сравнение удельных сопротивлений тонких слоев ] пленок может производиться по данному параметру исключительно при фиксированной (но не обязательно одинаковой) их толщин? Введем понятие коэффициента формы резистора kф — 1/b, с учетом которого формула преобразуется к виду  (3.2.3)Другим важным параметром резистора является температурный коэффициент сопротивления (ТКС):  (3.2.4)где Т — температура. Если в интервале температур (T2—T1) изменение сопротивления (R2—R1) связано с изменением температуры линейной зависимостью, то ТКС описывается формулой  (3.2.5)Таблица 3.2.1
  Рисунок 3.2.1 Структуры резисторов полупроводниковых микросхем: а—на основе эмиттерного слоя; 6—на основе базового слоя; в—на основе коллекторного слоя; г—сжатый резистор на основе базового слоя; д—сжатый резистор на основе коллекторного слоя. Полупроводниковые резисторы обладают паразитной распределенной емкостью, что является их недостатком. Паразитная емкость может быть охарактеризована коэффициентом  (3.2.6)где Скв — удельная паразитная распределенная емкость квадрата резистивной полоски, пФ/кв; ,ркв — сопротивление квадрата резистивной полоски, кОм/кв; b — ширина резистора, мкм. : Значения коэффициента Кн для некоторых вариантов резисторов приведены В таблице. К недостаткам полупроводниковых резисторов относятся также сравнительно высокий ТКС и зависимость номинального сопротивления от величины приложенного к резистору напряжения, которое может модулировать площадь поперечного сечения резистивной полоски вследствие полевого эффекта. Кроме того, в резисторах, изолированных р-n-переходом, может проявляться паразитный транзисторный эффект. Максимально допустимое напряжение зависит от характеристики слоя, образующего резистор, и определяется пробивным напряжением р — л-перехода, отделяющего резистивный слой от остальных областей структуры. Использование ионной имплантации примесей позволяет получать тонкие резистивные слои с высоким удельным сопротивлением ркв, а также ТКС, слабо изменяющимся в достаточно широком интервале температур. Применяя дополнительную селективную обработку резистивного слоя лучом лазера, можно корректировать сопротивление резистора за счет изменения профиля распределения примесей в данной части слоя. Достоинствами резисторов, изготовленных нанесением на поверхность кристалла ИМС металлических или поликристаллических кремниевых пленок, являются независимость их сопротивления от величины напряжения, поданного на резистор, а также меньшие паразитные емкости и ТКС по сравнению с диффузионными или имплантированными резисторами. Металлические и поликремниевые резисторы также поддаются корректировке путем пропускания через них электрического тока (плотность тока в импульсе не менее 106 А/см2) или обработки лучом лазера. Изменение сопротивления при этом происходит вследствие изменений кристаллической: структуры пленок (размеров зерен, перераспределения примесей и т. п.). Коэффициент паразитной емкости резисторов Таблица 3.2.2
Расчет диффузионных и имплантированных резисторов заключается в определении их геометрических размеров с учетом профиля распределения примесей в полупроводниковых слоях. Основными условиями, принимаемыми во внимание при расчете, являются обеспечение необходимой мощности рассеяния резистора и заданной погрешности номинального сопротивления. С одной стороны, исходя из условия заданной мощности рассеяния Р и допустимой удельной мощности Ро, можно выразить площадь, занимаемую резистивным слоем, как S = P/P0. С другой стороны, площадь определяется геометрическими размерами S = = l/b. Поскольку длина резистивной полоски равна l=bkф, то площадь может быть выражена соотношением S=b2kф. Таким образом, минимальная ширина резистивной полоски, найденная из условия рассеиваемой мощности, определяется выражением  (3.2.7)Максимально допустимая удельная рассеиваемая мощность составляет Ро=8 Вт/мм2 для диффузионных и имплантированных резисторов. Номинальная рассеиваемая мощность полупроводниковых резисторов обычно не превышает 10 мВт. Требования, предъявляемые к допустимой погрешности номинального значения сопротивления резистора, также ограничивают номинальную ширину резистивной полоски. Если задана допустимая относительная погрешность сопротивления резистора уя — = AR/R, которая должна обеспечиваться в интервале рабочих температур микросхемы в течение всего периода эксплуатации (в том числе без электрической нагрузки), то расчет резистора ведется с учетом ТКС и изменения сопротивления вследствие процессов временного старения. Относительное отклонение сопротивления вследствие изменения температуры определяется как  (3.2.8)Относительное изменение сопротивления из-за процессов старения -улт целесообразно учитывать только для поликремниевых и металлических резисторов, поскольку их пленочная поликристаллическая структура более чувствительна к воздействию окружающей среды, чем монокристаллические слои диффузионных или имплантированных резисторов. Данные о величинах yRc? являются эмпирическими справочными параметрами. Кроме того, систематическое отклонение от номинального сопротивления резистора вносится сопротивлениями контактов. Сопротивление контакта зависит от удельного сопротивления материала резистивного слоя и условий растекания тока в приконтактной области: Rконт = рквkраст, где коэффициент растекания kраст= 0,14 для резистора с топологией, изображенной на рисунке 3.2.2, а, и Краст = 0,65 — на рисунке 3.2.2, б.  Рисунок 3.2.2. Топологические конфигурации полупроводниковых резисторов: а—низкоомный резистор; б—высокоомный резистор. Относительное изменение сопротивления резистора вследствие наличия двух контактов составит  (3.2.9)Принимая во внимание указанные систематические отклонения сопротивления резистора от заданного, найдем расчетное значение допустимой относительной погрешности:  (3.2.10)Полученное значение Rрасч может быть положено в основу дальнейшего расчета резистора с учетом случайных отклонений сопротивления, возникающих в процессе изготовления. Исходя из формулы выразим относительную технологическую погрешность (среднеквадратичное отклонение при. нормальном законе статистического распределения) следующим образом: (3.2.11)Где  ,  ,  - относительные и абсолютные СКО соответствующих величин.Полагая, что абсолютные среднеквадратичные отклонения геометрических размеров длины и ширины равны, т. е. l~b, и учитывая равенство l=bkф, преобразуем формулу к виду (3.2.12)Из последнего соотношения может быть определена минимальная ширина резистивной полоски:  (3.2.13)Для типовых технологических процессов изготовления полупроводниковых ИМС можно принимать АЬ = 0,5 мкм и ypkb=0>05. Полученные в результате расчета по формулам значения ширины резистивной полоски должны быть сопоставлены с минимальной шириной линии, обеспечиваемой принятой технологией, т. е. с разрешающей способностью технологии, бтехн. Принимается максимальное из трех полученных значений  (3.2.14)которое окончательно округляется в большую сторону. Удельное сопротивление квадрата площади резистивиого слоя зависит от толщины слоя и структуры резистора. Резистивный слой может быть ограничен одним (Рисунок 3.2.1, а — в) или двумя (Рисунок 3.3, г) р — n-переходами. Поскольку примесь в полученном диффузией резистивном слое распределена неравномерно, расчет удельного объемного сопротивления материала слоя трудоемок. Поэтому целесообразно пользоваться номограммами, представленными на рисунке 3.5. «к Номограммы позволяют найти усредненную удельную объемную проводимость о резистивного слоя в зависимости от поверхностной концентрации акцепторных примесей Nsа, концентрации донорных примесей в исходном материале (эпитаксиальном слое) Nd0 и отношения текущей координаты х р—n-перехода (если он имеется), ограничивающего резистивный слой сверху, к глубине р — n -перехода Xj, ограничивающего резистивный слой снизу. Например, для резистора, изображенного на рисунке 3.2.1, а, это отношение x|xj = 0, поскольку резистивный слой начинается непосредственно на поверхности кристалла. Таким образом, удельное сопротивление квадрата резистивного слоя  (3.2.15)где dрез = xj — х — толщина резистивного слоя. Типичные значения ркв для резисторов на основе различных слоев полупроводниковой транзисторной структуры приведены В таблице.   Рисунок 3.2.3. Номограммы для определения проводимости полупроводниковых областей, полученных диффузией акцепторной примеси, в материал с различной исходной концентрацией донорной примеси Nd: а) Ndo=1015 см-3; б) Ndo=1016 см-3 в) Ndo=1017 см-3 (3.2.16) Резисторы широко используются в аналоговых полупроводниковых ИМС, а также в аналоговых подсистемах БИС и СБИС В логических ИМС и ИМС для запоминающих устройств применение резисторов постоянно сокращается. Это объясняется переходом к снижению рабочих токов и напряжений, что ведет к необходимости увеличения размеров резисторов (длины, занимаемой площади), т. е. к увеличению размеров ИМС. В микросхемах с инжекционным питанием, в частности, резисторы как элементы ИМС исключены почти полностью.   Рисунок 3.2.4. Использование диффузионных областей для создания пересечений дорожек металлизации в микросхемах: а—с изоляцией р—n-переходом; б—с диэлектрической изоляцией. С помощью низкоомных резистивных слоев в полупроводниковых ИМС выполняются пересечения токопроводящих дорожек межсоединений (Рисунок 3.2.2). При этом металлическая или поликремниевая дорожка проходит поверх окисла, в то время как низкоомная резистивная дорожка — под окислом. 4. Конструкционная основа для ИС Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Ситаллы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова). Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС.- Материалы для подложек и плат ГИС и ПлИС. Сталлы, стекла, керамика, металлы и органические материалы. Требования к материалам подложек. Полупроводниковые материалы пластин и кристаллов ПИС и СИС. Методы получения слитков. Этапы получения п/п пластин. Методы получения «пластинчатого» кремния и сапфира (метод Степанова).Требования к п/п материалам пластин. Обозначение и маркировка пластин. Технико-экономические аспекты изготовления пластин для СБИС и УБИС. Подложкой называется основание в виде заготовки, предназначенной для расположения на ней пленочных элементов, навесных компонентов, межэлементных или межкомпонентных соединений и контактных площадок гибридных микросхем. Часть подложки, на которой располагается одна микросхема, называется платой. Подложка является важным конструктивным элементом ГИС, БГИС и МСБ, в значительной мере определяющим электрические и механические характеристики микросхем, их стабильность и надежность. Подложка должна обладать высокими электрическим сопротивлением и электрической прочностью, обеспечивать малые потери энергии на высоких частотах (малый тангенс угла диэлектрических потерь), иметь высокую механическую прочность при малой толщине, хорошую теплопроводность, а также обеспечивать возможность проведения технологических процессов, т. е. обработки поверхности до высокого класса чистоты, нагревания до температуры 500—600 °С при напылении пленок и т. д. Наиболее широко применяемыми материалами для подложек являются керамика, ситалл и стекло. Керамикой называются материалы, получаемые спеканием порошков окислов алюминия, бериллия и других элементов. Основной минералогической фазой керамики на основе оксида алюминия является корунд (кристаллофаза  — Аl2О3). Корундовая керамика обладает способностью образовывать вакуумплотные спаи с металлами и сплавами, что позволяет использовать ее не только в качестве материала для подложек и плат, но и для изготовления металлокерамических корпусов микросхем.Свойства корундовой керамики зависят от содержания в ней основной фазы, т. е. А12О3. Чем выше содержание А12О3, тем лучшими характеристиками обладает керамика, однако при этом повышается ее стоимость. Наиболее широкое применение находит керамика типа ВК 94-1 (прежнее наименование 22ХС). При удовлетворительных свойствах затраты на ее получение относительно невелики. Керамика с содержанием корунда 99,8% (например, типа ВК 100-1) носит название поликор. В отличие от керамики ВК 94-1 она имеет лучшие электрические характеристики, более высокую теплопроводность, поддается полированию, но обладает более высокой стоимостью. Для подложек мощных микросхем и микросборок используется керамика на основе окиси бериллия ВеО, называемая также брб-керитом. Ее основное достоинство — высокий коэффициент теплопроводности, составляющий примерно 2 Вт/(см*град). Однако подобная керамика с трудом обрабатывается, а пыль, образующаяся при ее обработке, токсична. Ситаллы представляют собой аморфно-кристаллические стекла. Они допускают обработку поверхности до высокого класса чистоты, обладают высокой механической прочностью, удовлетворительной теплопроводностью. Ситаллы очень широко используются в качестве подложек для тонкопленочных микросхем. Некоторые свойства корундовой керамики и ситаллов наиболее употребительных марок приведены В таблице 4.1. Бесщелочные стекла марок С41-1, С48-3 и другие иногда применяются в качестве подложек микросхем там, где не требуется хорошей теплопроводности и значительной механической прочности. Теплопроводность стекол несколько ниже теплопроводности ситаллов, а прочность на изгиб — меньше приблизительно в два раза. Однако стекла легко обрабатываются до получения качественной гладкой поверхности и довольно дешевы. Помимо описанных основных материалов, подложки могут изготавливаться из металлов и полимеров. Стальные и медные подложки, покрытые эмалью, иногда находят применение для мощных низкочастотных микросхем. Использование полимерных материалов (чаще всего тонких лент из полиимида) целесообразно с точки зрения автоматизации технологического процесса. Кроме того, подобным микросхемам может быть придана более удобная, чем плоская, форма. Например, полиимидная пленка с нанесенными на нее элементами может быть свернута в плотную цилиндрическую спираль и т. п. При изготовлении тонкопленочных микросхем плохо поддающаяся полировке керамика (например, ВК 94-1) для улучшения качества поверхности покрывается глазурью, т. е. тонкой (0,1— 0,2 мм) стекловидной пленкой, прочно сплавляющейся с керамикой. Кроме того, для изготовления толстопленочных микросхем поверх ность подложек должна сохранять определенную шероховатость для улучшения адгезии пленок.  Размеры подложек и плат ограничиваются стандартами. Наиболее употребительные размеры подложек и плат из керамики и си-талла приведены ниже. Длина, мм 60 48 30 24 20 16 16 12 10 Ширина, мм 48 30 24 20 16 12 10 10 8 Кроме того, для крупногабаритных МСБ изготавливаются подложки с размерами 120X96 и 96X60 мм. Возможно также использование плат с размерами, меньшими, чем 10X8 мм, в частности, для производства навесных компонентов (чипов) с нестандартными параметрами (резисторов и т. п.). Заметим, что платы из ситаллов изготавливаются путем разрезания подложек с исходными размерами 60X48 мм, а платы из керамики — сразу с необходимыми размерами, поскольку керамика плохо поддается размерному разделению. Толщина подложки и плат из керамики и ситалла составляет 0,2—1,6 мм. Наиболее часто используются платы толщиной 0,6 мм.
Методы получения пленок. Вакуумные.Вакуумно-термическое испарение. Его разновидности: лазерное, электронно-лучевое, «взрывное». Особенности испарения сплавов и композиционных смесей. Типы и конструкции испарителей. Плазменные методы получения пленок. Плазма. Тлеющий разряд. Определение и терминология. Классификация плазменных процессов и конструктивное оформление распылительных устройств. Катодное распыление (КР). Реактивное распыление (РР). Ионно-плазменное распыление (ИПР). Высокочастотное распыление. Распыление со смещением. Ионное распыление. Термоионное распыление. Магнетронные распылительные устройства. Упрощенное описание механизма распыления. Схема устройства. Получение пленок из газовой фазы. Сущность, основные понятия и определение эпитаксии. Факторы влияющие на эпитаксию. Хлоридные и силановый методы получения эпитаксиальных слоев. Легирование при эпитаксии. Гетероэпитаксия (КНС - кремний на сапфире). Функции диэлектрических пленок в ИЭОТ. Требование, предъявляемые к ним. Термическое окисление Si - базовый процесс получения аморфных слоев в технологии ИС. Окисление в сухом, в кислороде и в парах воды. Окисление под давлением, в хлорсодержащей среде. Пиролитическое получение пленок из газовой фазы при нормальном и пониженном давлении. Плазмохимическое осаждение. Получение пленок поликристаллического кремния (ПКК), оксида и нитрида кремния в технологии ИЭОТ. Параметры процесса и их контроль.
Все вещества в зависимости от температуры нагрева могут находиться в одном из трех фазовых (агрегатных) состояний: твердом, жидком или газообразном (парообразном). Испарение, т. е. переход вещества в парообразное состояние, происходит, когда с повышением температуры средняя колебательная энергия его частиц возрастает настолько, что становится выше энергии связи с другими частицами и они покидают поверхность (испаряются) и распространяются в свободном пространстве. Условной, практически установленной температурой испарения считается температура, при которой давление насыщенного пара вещества составляет приблизительно 1,3 Па. Температуры плавления и испарения наиболее важных элементов приведены В таблице. Из этой таблицы видно, что условная температура испарения большинства элементов выше их температуры плавления, т. е. испарение происходит из жидкого состояния. Некоторые вещества имеют условную температуру испарения ниже температуры плавления, т. е. они достаточно интенсивно испаряются из твердого состояния. Процесс перехода вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу, называют сублимацией (или возгонкой). Скорость испарения, т. е. количество вещества (в граммах), покидающее 1 см свободной поверхности в 1 с при условной температуре Тy , рассчитывают по формуле  (5.1.1)Где М - молекулярная масса, г/моль. По этой формуле можно определить, например, какова скорость испарения алюминия, имеющего М = 27 и Ту - 1423:  (5.1.2)Скорость испарения большинства элементов при Ty составляет 10-4 г/(см2.с). Для получения приемлемых скоростей роста пленки, а также экономного расходования материала (нередко дорогостоящего) следует создавать условия движения частиц испаряемого вещества преимущественно по направлению к подложке. При этом необходим достаточно глубокий вакуум, при котором исключаются столкновения молекул остаточного газа с молекулами вещества и рассеивание их потока на пути к подложке. Поток испаренного вещества, состоящий из молекул (атомов) , не претерпевающих на своем пути столкновений и рассеяний и движущихся вследствие этого прямолинейно, называют молекулярным потоком. Для определения условий существования молекулярного потока удобнее характеризовать степень вакуума не давлением остаточного газа, а средней длиной свободного пробега его молекул. Из формулы (3) следует, что уже при давлении р = 10-2 Па средняя длина свободного пробега молекул  составляет 50 см, что превышает реальное расстояние от испарителя до подложки (обычно не более 30 см) . Таким образом, для создания прямолинейных траекторий движения молекул вещества в пространстве между испарителем и подложкой необходимо давление порядка 10-3 - 10-5 Па. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям