Дипломная работа: Микроэлектроника
Тонкие пленки нихрома обладают мелкозернистой структурой, повышенными значениями удельного поверхностного сопротивления, низкими значениями температурного коэффициента поверхностного сопротивления. В качестве исходного материала используется нихром марки Х20Н80, обладающий из всех нихромов самым низким значением температурного коэффициента поверхностного сопротивления. В
зависимости от толщины пленок и условий их нанесения параметры пленочных резисторов можно регулировать в широких пределах.
Свойства пленки нихрома Х20Н80:
| Удельное поверхностное сопротивление rs , Ом/ð: | 50 |
| ТКR при температуре -60¸125°C: | -2.25 ×10-4 |
| Допустимая мощность рассеяния P0 , Вт/cм2 : | 2 |
Для создания других резисторов наиболее целесообразно использовать кермет К-50С (ЕТО.021.013 ТУ).Кф = 2.2(для резисторов 22кОм) и 1 (для резисторов 10кОм)
Керметные резистивные пленки содержат диэлектрическую и проводящую фазы. Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков металлов (Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiO2 , Nd2 O3 , TiO2 ), причем соотношение между количеством тех и других определяет основные свойства пленок. Керметные пленки обладают хорошей однородностью свойств, повышенной термостойкостью.
Свойства пленки кермета К-50С:
| Удельное поверхностное сопротивление rs , Ом/ð: | 10000 |
| ТКR при температуре -60¸125°C: | -5 × 10-4 |
| Допустимая мощность рассеяния P0 , Вт/cм2 : | 2 |
Материал контактных площадок и соединений — золото с подслоем хрома.
2.2.3 Выбор материала для обкладок конденсаторов и материала диэлектрика
Материал диэлектрика должен иметь хорошую адгезию к подложке и материалу обкладок, обладать высокой электрической прочностью и малыми потерями,иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гигроскопичность, не разлагаться в процессе формирования пленок.
Обкладки конденсаторов должны иметь высокую проводимость, коррозийную стойкость, технологическую совместимость с материалом подложки и диэлектрика, хорошую адгезию к подложке и диэлектрику, высокую механическую прочность.
Так как рабочее напряжение для всех конденсаторов Uр =12В, для создания конденсаторов в данной схеме наиболее целесообразно использовать в качестве диэлектрика стекло электровакуумное С41-1 (НПО.027.600). Материал для напыления обкладок — Алюминий А99 (ГОСТ 11069-64).
| Удельное поверхностное сопротивление пленки обкладок rs , Ом/ð: | 0.2 |
| Удельная емкость C0 , пФ/см2 : | 20 000 |
| Рабочее напряжение Up , В: | 12.6 |
| Диэлектрическая проницаемость e при ¦=1кГц: | 5.2 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь tgdпри ¦=1кГц: | 0.002-0.003 |
| Электрическая прочность Eпр , В/см: | 3 × 106 |
| Рабочая частота ¦, МГц, не более: | 300 |
| Температурный коэффициент емкости ТКС при Т= -60 ¸125°C, 1/°C: | (1.5-1.8) × 10-4 |
2 .2.4 Выбор материала для проводников, контактных площадок
Материалы проводников и контактных площадок должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозийную стойкость.
В данной схеме для этих целей наиболее целесообразно использовать алюминий А99 (ГОСТ 11069-58) с подслоем нихрома Х20Н80 (ГОСТ 2238-58)
| Толщина подслоя (нихром Х20Н80): | 0.01-0.03 |
| Толщина слоя (алюминий А99): | 0.3-0.5 |
| Удельное поверхностное сопротивление rs , Ом/ð: | 0.1-0.2 |
Преимущество алюминия, как проводникового материала, состоит в том, что он дешевле многих других материалов.
2 .2.5 Выбор материала для защиты
Для создания защитного слоя в данной схеме наиболее целесообразно использовать окись кремния SiO2 , имеющий следующие параметры:
| Удельная емкость С0 , пФ/мм2 : | 100 |
| Удельное объемное сопротивление rV , Ом×см: | 1×1013 |
| Электрическая прочность Eпр , В/см: | 6×105 |
2.3 Выбор и обоснование метода создания заданной конфигурации элементов
При изготовлении данной микросхемы целесообразно использовать способ получения конфигурации при помощи свободной маски, так как допуски на номинал не превышают 20%.
В зависимости от способа нанесения пленки, свойств материала пленки, требований по точности, плотности размещения элементов и других факторов, выбирают метод свободной (съемной) или контактной маски.
Метод свободной (съемной) маски основан на экранировании части подложки от потока частиц напыляемого вещества с помощью специального трафарета — съемной маски, которая с высокой точностью повторяет спроектированную топологию тонкопленочной структуры.
Маску называют съемной, потому что она изготавливается и существует отдельно от подложки. Съемная маска — это тонкий экран из металлической фольги с отверстиями, очертания и расположение которых соответствуют требуемой конфигурации напыляемой пленки. При напылении пленочных элементов маску закрепляют в маскодержателе, который обеспечивает плотный прижим и ее фиксированное положение по отношению к подложке.
В промышленных условиях наибольшее распространение получили биметаллические маски. Такие маски представляют собой пластину толщиной 80-100мкм из бериллиевой бронзы, покрытую с одной или двух (для трехслойных масок) сторон тонким слоем никеля (10-20мкм). Бронзовая пластина служит механическим основанием, конфигурация достигается за счет рисунка в слое никеля.
Биметаллические маски рассчитаны на многократное применение. Обычно они выдерживают около ста циклов напыления пленок, после чего подлежат замене.
Схема изготовления тонкопленочной интегральной микросхемы с помощью свободных масокпредставлена на рис. 4
Схема изготовления тонкопленочной интегральной микросхемы с помощью свободных масок
A B
 |
 |
1
 | |
 | |
| |
2
 | ||
 | ||
 | ||
 | ||
3
 |
 |
4
 | |||
 |  | ||
5
| ||
 | ||
 | ||
6
 |
A - свободная маска; B - подложка
1,2 — напыление резисторов, проводников и контактных площадок
3-6 — напыление слоев конденсатора и защитной пленки
Рис. 4