Главная  Журналы 

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

ВИЯ и др.) микросхемы подразделяют на корпусированные и бес-корпусные. В первом случае применяются специальные корпуса, во втором - подложки с элементами или кристаллы заливаются компаундом.

По функциональному назначению интегральные микросхемы подразделяются на цифровые (логические), аналоговые (линейные) и СВЧ микросхемы, по применимости в аппаратуре - на изделия широкого и частного (специального) применения.

Первые разработки ИС относятся к 1958-1960 гг. Начиная с 1961 г. осуществляется серийное производство пленочных и полупроводниковых ИС. Почти за два десятилетия достигнуты громадные успехи в области микроэлектроники. Созданы крупные научные центры по проблемным вопросам, построены крупные предприятия для серийного и массового производства ИС широкого применения. Для производства ИС частного применения создаются цехи и участки на предприятиях радиотехнической, приборостроительной и других отраслей промышленности, выпускающих электронно-вычислительную аппаратуру.

Разработано и освоено производство нескольких сотен разновидностей линейных и логических ИС. Выпускаемые отечественной промышленностью ИС применяются в самой разнообразной радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуре - от космических аппаратов до карманных микро-ЭВМ. Перспективными планами развития народного хозяйства СССР предусмотрено создание ЭВА четвертого и пятого поколений на базе широкого применения больших интегральных схем.

глава 1

Элементы и компоненты гибридных интегральных микросхем

§ 1.1. Резисторы

Пленочные резисторы являются наиболее распространенными элементами ГИС. Они характеризуются следующими параметрами: номинальным сопротивлением (ном и допустимыми отклонениями от номинала ±6 (А/? ?)доп или диапазоном допустимых значений сопротивлений Rmax - Rmm, темпсратурным коэффициентом сопротивления ад, коэффициентом старения Кст в, рабочим напряжением f/раб и рассеиваемой мощностью Р, паразитными индуктивностью Lr и емкостью Сд, надежностью*, интервалом рабочих температур Гтш . • • Ттах и др.

В ГИС применяются тонкопленочные и толстопленочные резисторы с простой прямоугольной и сложной формой (типа «меандр!!-и др.). Сначала рассмотрим основные соотношения, связывающие электрические параметры прямоугольных резисторов со свойствами материалов и геометрическими размерами элементов конструкции, а также методику их расчета. Эти соотношения, в основном, справедливы и для резисторов со сложной формой. Особенности конструкций и расчета таких резисторов будут рассмотрены ниже.

Пленочные резисторы прямоугольной формы. Резистор представляет собой участок резистивной пленки шириной b и толщиной d, длина которого / ограничена двумя контактными площадками, перекрывающими резистивную пленку на участках длиной 4 (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1. Конструкция пленочного резистора прямоугольной формы:

- резистивная пленка; 2 - проводник; 3 - области контактов резистивной пленки с металлическими пленками


Значение сопротивления пленочного резистора определяется: R = Pv{l/bd) + 2R, (1.1.1)

*) Надежность резисторов рассматривается в § 3.5.



где pv I- удельное объемное сопротивление; Rk - переходное сопротивление областей контактов резистивной и проводящей пленок. У высокоомных резисторов сопротивление областей контактов обычно значительно меньше сопротивления резистивной пленки, поэтому

R = iPv/d)m = PaKф, (1.1.2)

где pD = pv/cf - удельное поверхностное сопротивление (сопротивление квадрата пленки толщиной d); Кф=11Ь - коэффициент формы резистора.

Удельное поверхностное сопротивление тонких пленок ра Для наиболее широко применяемых материалов лежит в пределах от 100 до 10 000 Ом/квадрат (Ом/П), толстых пленок толщиной ет 15 до 25 мкм - от 10 Ом/П до 1 МОм/П.

Коэффициент формы прямоугольных резисторов Кф = ==0,1... 100. Для высокоомных резисторов «еобходимы большие значения Кф. Повышение Кф возможно уменьшением Ь и увеличением I. Значения b ограничены по минимуму возможностями технологии (табл. 1.1.1), требованиями к точности сопротивления и рассеиваемой мощностью (при Кф>1), а значения I ограничены по максимуму как возможностями технологии, так и приемлемыми габаритными размерами резисторов. Например, при формировании тонкопленочных резисторов с помощью биметаллических трафаретов КфтахЮ, так как длинные щели в трафарете снижают жесткость его конструкции. Низкие значения Кф в основном ограничиваются приемлемыми габаритными размерами низкоомных резисторов при технологических ограничениях на минимальные расстояния между контактными площадками I (см. табл. 1.1.1).

Размеры контактной области должны выбираться такими, чтобы при наихудших сочетаниях геометрических размеров резистив-ного слоя и контактных площадок резистивная и проводящая пленки перекрывались (табл. 1.1.1) и обеспечивалось малое переходное сопротивление контакта в низкоомных резисторах (i?< <10 Ом).

Эквивалентная электрическая схема области контакта показана на рис. 1Л.2. Здесь ri - paJb, Г2 = ра21Ь - погонные сопротив-


Рис. 1.1.2. Конструкция (а) и эквивалентная электрическая схема (б) области контакта проводящей и резистивной пленок: / - проводящая пленка; 2 - область лереходного электрического контакта; 3 - резистивная пленка; 4 - подложка

ч ю м

•л в

00 «0

о" о"

<o

о о"

-t-l

-j со

о о"

п< о

о о*

со

о" о*

п о"

in о*

сч о"

о о"

о о"

о"

сч о*

1 Я о о*

со о

in о

о"

о =( S

о « ё

S W

га -S

к ч ш

и „ -

" S 2

о ч S ч

Н с S с

а, а S со м а.

и :

«I

CD Д О

Е Н °

S со S fa о GJ S

>.S S Со.

§51

1" 5 ш S

S э- о кош

gl§

S § а

я X QJ

g о о о

S д

QJ

О S S

is К £ -S E

5 -

ja s Ч

4 3 3

2 = X

5 rr Й s о как s cj m

« 3 ° Й

с « «

°«

J5 О

m , X 5

? "

° X

. к о.

ш к о о о

1Я о

5 га

ш 3 S

., . J -

d--1



o" О

о о

к vo о

~ s «а:

g s s и

Ч >=( Q.

§ о §S5

я Ч M

in, a,

Ч о Ч

GJ GJ <U

s = s

о s S£

OHM -5 о О

- ч ь. « Р- S о

§

к « 5 s

о о 3 3

Ч S ш а:

ю о X in

ю о X in

оооош

I OtX3CDCO-<

-Го ООО

ю о" X in

о"

о" X in

о"

CD со

3 а: гг о

о GJ

X ч

£ 5 t=

4 g о

5 . ш S-0 о

g CQ

о. с

X GJ

ч п о


о" о

о о"

Ю <М (М »(М-н - »со

.-н <м <м <м со о" о" о о" о" о"

о S

о ч о ш о

о. я ч

S и 2

S S CQ со о, о -с с СХ СХ

с с

К Э «

g§ to g CQ ° 2 °

s 2

о и о к >,х

Ч CQ Ч

о ч о

CQ S °

Д GJ

4 5 CQ S СЗ £ О О)

5 S СП

S « ч й

.5 о о я

< ч CQ а:

ч « 3

и о и

CQ Ч CQ

Ч О ч

cs к к

ч ч ч

ч ч ч

о to

« к

ления резистивной и проводящей пленок соответственно; 7„= =/рк - проводимость единицы длины переходного слоя между резистивной и проводящей пленками, обусловленного наличием окислов и интерметаллических соединений с повышенным сопротивлением на границе раздела двух пленок; р„ - сопротивление квадрата переходного контактного слоя току, протекающему перпендикулярно его поверхности (поперек контакта) (рк* «0,25 Ом-мм2); pdi=pd, раа - удельные поверхностные сопротивления резистивной и проводящей пленок.

Величина Rk определяется по формуле, полученной в результате анализа электрической модели переходной области контакта в виде структуры с распределенными параметрами (рис. 1.1.2), с

учетом того, что обычно Г2<Г1 [11],

?K = (pDP„)°-V(Mhtj)Z„).

где ijjft; (ро/рк)"; 1к - длина области контакта. При увеличении ф/к величина thypln стремится к единице, следовательно, минимальное значение переходного сопротивления контакта

ктт«(РаРк)&.

Величина iRk отличается OT>/?„niin на 10% при thi})/K=0,9, т. е. при ф/„=1,5. На основании этого соотношения можно дать рекомендацию по выбору длины области взаимного перекрытия резистивной и проводящей пленок:.

Z„> 1,5/г1)=1,5(р„/Ро)°-5. (1.1.31

Из выражения (1.1.3) видно, что с увеличением удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки необходимая длина области контакта уменьшается.

Относительное изменение сопротивления пленочного резистора, вызванное любыми дестабилизирующими факторами, можно определить из выражения (1.1.2):

Рр А/СфРр А / АЬ R Рп Ра I Ь

(1.1.4);

В процессе производства возможны случайные отклонения р в результате неточности технологического режима (температура, время процесса), неравномерного распределения наносимого материала по поверхности подложки, нарушения стехиометрическрго состава материала. Отклонения геометрических размеров I я b обусловлены разбросом геометрических размеров приспособлений, используемых для формообразования контура резистора (трафареты, фотошаблоны, устройства совмещения) и рядом других причин, связанных с осрбенностями технологического процесса (под-пыление под маску и растравливание контура при производстве тонкопленочных резисторов, растекание пасты в процессе термообработки при производстве толстопленочных резисторов и т. п.),

В большинстве случаев отклонения ро, / и происходят при взаимно независимых технологических операциях, поэтому корре-





0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47