Поверхности диэлектрика

Тонкопленочные резисторы представляют собой тонкую пленку резистивного материала на поверхности диэлектрической подложки. Несмотря на то что механизм возникновения сопротивления электрическому току одинаков (оно вызывается рассеянием носителей зарядов), пленочные резисторы обладают рядом преимуществ по сравнению с полупроводниковыми:

Гибридная интегральная микросхема — интегральная микросхема, пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики, ситалла или сапфира, а активные элементы — бескорпусные полупроводниковые приборы.

Особую разновидность ЭЛТ представляют запоминающие трубки, предназначенные для записи сигналов на диэлектрике с последующим их воспроизведением в виде электрического сигнала, оптического изображения или того и другого. Входные электрические сигналы преобразуются в таких трубках в распределение электрических зарядов (потенциальный рельеф) по поверхности диэлектрической мишени. Потенциальный рельеф может сохраняться длительное время (от долей секунды до нескольких часов или дней) и при необходимости может быть преобразован (считан) в выходные электрические или оптические сигналы (изображения), воспроизводящие введенную информацию. Запоминающие трубки применяют в специальных осциллографах, в радиолокации, для работы с ЭВМ в АСУ. Количество считываний лежит в пределах от одного до десятков и сотен тысяч. При желании потенциальный рельеф можно уничтожить (стереть) и произвести следующую запись информации.

Пленочные резисторы. Пленочный резистор располагают на поверхности диэлектрической подложки; конструктивно он состоит из резистивной пленки определенной конфигурации и контактных площадок. На 1.1 показаны наиболее распространенные конфигурации таких резисторов. С учетом требований автоматизации проектирования

Основной задачей при разработке БИС является повышение степени интеграции. Повышение степени интеграции ИМС зависит от нескольких факторов. Один из них — возможность уменьшения геометрических размеров элементов ИМС. Предельные геометрические размеры элементов ИМС определяются, с одной стороны, необходимыми электрическими параметрами, а с другой — разрешающей способностью технологического оборудования и технологическими процессами, с помощью которых создаются определенные структуры в объеме полупроводника, на его поверхности или на поверхности диэлектрической подложки.

В зависимости от технологии изготовления различают полупроводниковые, пленочные и гибридные ИС. В полупроводниковой ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки. В пленочной ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов на поверхности диэлектрической подложки. Различают две разновидности пленочных ИС: тонкопленочные, если используются пленки толщиной менее 1 мкм; толстопленочные, если используются пленки толщиной более 1 мкм. В гибридных ИС, кроме элементов, содержатся простые и сложные бескорпусные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИС), расположенные на поверхности диэлектрической подложки.

Пленочная и гибридная технология. С помощью пленочной технологии изготавливают пассивные элементы: резисторы, конденсаторы, элементы индуктивности, а также соединительные проводники и контактные площадки. Таким образом, чисто пленочные ИС обычно являются пассивными. Пленочные интегральные элементы часто используют совместно с миниатюрными навесными компонентами в составе гибридных ИС. Последние, уступая полупроводниковым ИС по надежности, плотности упаковки и себестоимости, имеют во многих случаях лучшие технические показатели за счет применения широкой номенклатуры навесных компонентов (транзисторов, конденсаторов и элементов индуктивности). Элементы пленочных и гибридных ИС выполняются на поверхности диэлектрической подложки.

В СВЧ-микросхемах сантиметрового диапазона применяют элемен -ты с распределенными параметрами (емкостями и индуктивностями), которые строятся на основе отрезков микрополосковых линий передач (МПЛ). Наиболее распространена несимметричная МПЛ ( 6.11). Она состоит из плоского проводника / шириной W, сформированного на поверхности диэлектрической подложки 2 толщиной ^П0дл> и ПР°" водящего слоя 3, нанесенного на нижнюю поверхность подложки, выполняющего функцию нулевой шины («земляная плоскость»). Подложка является не только механической основой, но и диэлектриком МПЛ. Поэтому критичны толщина подложки и диэлектрическая проницаемость еподл и ее стабильность в широком диапазоне частот и температур. В гибридных микросхемах чаще всего применяют подложки из алюмооксидной керамики (еподл = 9 ... 10). Лучшие параметры у сапфира (еподл = 9,3 ... 11), обладающего более гладкой поверхностью, что важно при создании тонкопленочных элементов, но сапфир имеет высокую стоимость. Для микросхем большой мощности используются подложки из окиси бериллия с высокой теплопроводностью. В полупроводниковых микросхемах применяют арсенид-галлиевые полуизолирующие подложки (еподл =11).

Очистку диэлектрических подложек после механической обработки выполняют для удаления загрязнений с их поверхности. Любое загрязнение поверхности диэлектрической подложки ухудшают условия конденсации, влияет на текстуру пленки и ее адгезию к подложке. Очистку от органических загрязнений (масел, жиров) осуществляют путем промывки в нагретом трихлорэтилене с последующей обработкой в растворе щелочи с перекисью водорода. Для удаления ионов металла подложку последовательно промывают в царской водке, плавиковой кислоте, деионизованной воде. Наиболее перспективным методом очистки подложек является плазмохимичес-кий.

Первой задачей микроэлектроники является создание максимально надежных электронных схем и устройств. Эта задача решается в основном путем использования качественно новых принципов изготовления электронной аппаратуры, т. е. путем отказа от использования дискретных элементов электронной аппаратуры и создания интегральных микросхем, в которых формирование активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов) и соединительных элементов электронной схемы происходит на поверхности или в объеме полупроводникового кристалла или на поверхности диэлектрической подложки в едином технологическом цикле. Минимальное количество внутрисхемных соединений дает возможность резко повысить надежность микроэлектронной аппаратуры. Именно этим преодолеваются сложные противоречия между возросшими требованиями к надежности электронной аппаратуры и ее стремительным усложнением.

ляясь к аноду, часть потока электронов остается на поверхности диэлектрической подложки (а затем и пленки), образуя статический заряд, потенциал которого может достигать 100 В и более относительно заземленного анода. Поэтому наблюдаются три явления: поток положительных донов остаточного газа, загрязняющего пленку; поток ионов рабочего газа, способствующий десорбции газов; поток ионов распыленного материала катода, которые, двигаясь вдоль подложки к «ямам» потенциального рельефа, приводят к быстрому образованию крупных кристаллов.

Сенсибилизация — это процесс создания на поверхности диэлектрика пленки ионов двухвалентного олова, которые впоследствии обеспечат восстановление ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двуххлористого олова и соляной кислоты (SnCl2—5 ... 10 г/л, НС1 —20 ... 40 г/л, остальное — дистиллированная вода) в течение 5 ... 7 мин и промывают в холодной воде. При этом происходит гидролиз хлористого олова по реакции

травителя. Скорость травления оказывает существенное влияние на качество формируемых элементов ПП. При малых скоростях время пребывания платы в травителе увеличивается, что приводит к ухудшению диэлектрических свойств оснований и увеличению бокового подтравливания. Оно возникает вследствие того, что травитель воздействует не только на медную поверхность, подлежащую удалению, но и на боковые, не защищенные резистом, стороны проводников и других элементов схемы. В результате этого искажается прямоугольный профиль печатных проводников, уменьшается их токонесущая способность и прочность сцепления с диэлектриком. Величина бокового подтравливания оценивается фактором травления /C=S/a ( 9.13), который представляет собой отношение толщины фольги S к величине изменения ширины печатного проводника а. Уменьшают фактор травления введением в используемые растворы специальных добавок: ионы металлов с более низким потенциалом, чем у меди, например Ag, Hg, Pt, Pd, Au, оказывают каталитическое действие на процесс, а органические соединения (мочевина, аминотриазол, амиды и др.), адсор-бируясь на боковых поверхностях, ингибируют их растворение. Технологический процесс травления состоит из операций предварительной очистки меди, повышающей равномерность ее удале-. ния, непосредственно удаления меди с пробельных участков платы, очистки поверхности диэлектрика, осветления при необходимости поверхности металлорезиста и сушки.

ность сигнальной пластины 4 из тонкой алюминиевой фольги, и металлической сетки 5, прозрачной для электронов. На сигнальную пластину подается положительное по отношению к заряженной внешней поверхности мишени напряжение. Запись осуществляется движением по поверхности мишени записывающего луча 6, управляемого отклоняющими катушками 7. Луч 6 модулируется по интенсивности записываемым сигналом. Электроны луча, проходя через ускоряющее электрическое поле порядка 10 кв анода электронного прожектора /, пронизывают сетку 5 и слой алюминиевой фольги 4, попадают в мишень 3 и изменяют потенциалы отдельных элементов. В результате на поверхности диэлектрика образуется потенциальный рельеф, соответствующий записанному сигналу.

Для твердых диэлектриков существенное значение имеет поверхностный пробой. Напряжение пробоя зависит от природы окружающей диэлектрик среды, содержания влаги, формы электродов и наличия загрязнений на поверхности диэлектрика и веществ, способных поглощать влагу (например, пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, проводят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений. В твердом диэлектрике может произойти электрический или тепловой пробой. Последний может возникнуть при повышении температуры диэлектрика или частоты сигнала, увеличивающих ионизацию молекул диэлектрика ( 4.32).

Размерность ps совпадает с размерностью сопротивления (отношение Ъ/а безразмерно). Выражая величину Rs в омах, получаем для ps единицу Ом. Очевидно, что ps есть сопротивление квадрата (любой величины) на поверхности диэлектрика, ток через который идет от одной стороны к противоположной: при а=Ь согласно формуле (4.28) Rs=f>^.

Для более точного определения величены р5 можно измерить поверхностное сопротивление R, между помешенными на поверхности диэлектрика электродами в виде двух коаксиальных колец (4.12). В этом случае связь между Rs и ps можно выразить в виде уравнения

Рост поверхностной проводимости для растворимых диэлектриков объясняется наличием на их поверхности ионов, а для пористых - влаги. Кроме того, ps падает при загрязнении поверхности диэлектрика.

где Ёте — амплитуда напряженности электрического поля у поверхности диэлектрика; х— координата (см. 9-4).

Это выражение позволяет найти сопротивление единичного квадрата поверхности диэлектрика, т. е. волновое сопротивление среды,

направленную параллельно поверхности диэлектрика (см. 16-8). г Значение Еи максимально при х --•- а/2, т. е. как раз там, где проходит лист нагреваемого материала. Токи в середине широкой стенки волновода при распространении волны типа Н10 текут вдоль оси волновода, и щель для пропуска нагреваемого материала не искажает структуры поля и не вызывает заметного излучения с поверхности волновода.

Транзистор состоит из кристалла полупроводникового материала (в рассматриваемом случае и-типа), в котором методом диффузии образованы две зоны 2 и 3 с электропроводностью р-типа. Поверхность кристалла покрыта слоем диэлектрика 4 и 6, в котором имеются окна, открывающие доступ к зонам /ьтипа. На поверхности диэлектрика — три металлизированных участка: исток 5,сток 8 и затвор 7. Слой диэлектрика 6 между затворами и кристаллом полупроводника должен иметь вполне определенную толщину и строго регламентированные свойства. Если изменять напряжение, приложенное между затвором 7 и подложкой 7, то сопротивление граничного слоя полупроводника с диэлектриком между областями 2 и 3 будет изменяться. МДП-транзисторы могут обладать электропроводностью р- и и-типов. В интегральных микросхемах наиболее широко применяют кремниевые транзисторы.