Технология изготовления полупроводниковых тонкопленочных резисторов и конденсаторов

3 — подложка

пленки резистивного материала:
удельного сопротивления пленки, его воспроизводимости и стабильности во времени;
удельной рассеиваемой мощности пленки;
температурного коэффициента сопротивления (ТКС);
эксплуатационных характеристик (спектра и уровня шумов и др.).

расчета

где R — сопротивление резистора, Ом;
ρv — удельное объемное сопротивление материала резистивной пленки, Ом×м;
l,b,d — соответственно длина, ширина и толщина резистора
Проектируя тонкопленочные резисторы, предполагают, что и толщина резистивной пленки одна и та же для всех одновременно изготавливаемых резисторов.
Это позволяет ввести понятие ρS – поверхностного удельного сопротивления резистивной пленки, величина которого определяется только удельным объемным сопротивлением материала резистивной пленки и его толщиной и численно равна сопротивлению резистора квадратной формы с произвольным размером сторон и имеет размерность — Ом/.

где Kф – коэффициент формы или число квадратов резистора.

для устранения погрешности совмещения проводящего и резистивного слоев.

поверхностному сопротивлению.
Наибольшее распространение имеют резисторы с сопротивлениями от 10 Ом до 10 Мом. Для обеспечения таких параметров необходимо, чтобы поверхностное сопротивление слоя составляло 10-105 Ом/(так как линейные размеры резисторов приходится ограничивать).
Резистивные пленки должны характеризоваться низким температурным коэффициентом сопротивления ТКС (менее 10–4 1/°С).
Материалы, используемые для тонкопленочных резисторов, можно разделить на три группы:
металлы;
металлические сплавы;
металлодиэлектрические смеси – керметы.

на изолирующей подложке.

1) Емкость конденсатора определяется как

где ε0 — электрическая постоянная;
ε — диэлектрическая постоянная материала;
s — поперечное сечение обкладок конденсатора (активная площадь);
l,b — длина и ширина обкладок;
d — толщина диэлектрической пленки.

удельной емкости C0, как одной из характеристик
диэлектрического слоя

2) Электрическая прочность Епр , т.е. напряженность электрического поля,
при которой происходит пробой конденсатора. Электрическая прочность
определяется экспериментально по пробивному напряжению Uпр как Епр = Uпр/d .
Рабочее напряжение конденсатора должно быть меньше напряжения пробоя, т.е.

Чем больше C0, тем меньшую
площадь занимает конденсатор на подложке

Из последнего соотношения можно сформулировать условие выбора
минимальной толщины диэлектрика

следует иметь в виду, что на свойства диэлектрика могут оказывать существенное влияние металлические обкладки.
Поэтому при разработке конденсаторов необходимо выбирать совместно всю совокупность входящих в их структуру материалов.
Диэлектрик. К основным характеристикам диэлектрических материалов для конденсаторов относятся диэлектрическая постоянная ε и электрическая прочность Ed.
Диэлектрические материалы должны обладать минимальной гигроскопичностью, высокой механической прочностью при циклических изменениях температуры, хорошей адгезией к подложкам.
Диэлектрические материалы, используемые для тонкопленочных конденсаторов в основном представляют собой окислы полупроводников и металлов.

SiO и окисел германия GeO, имеющие высокую диэлектрическую проницаемость.
Наибольший интерес представляет ряд окислов тугоплавких металлов, таких как Та2О5, ТiO2, НfO2, Nb2O5. Эти материалы по сравнению с другими окислами обладают наиболее высокими значениями диэлектрической проницаемости. Технология получения этих пленок развита далеко не в равной мере. Наиболее отработана технология пленок Та2О5.
Материалы обкладок. К материалам обкладок предъявляются следующие требования:
низкое сопротивление 0,05–0,2 Ом/,
ровная и гладкая поверхность
малый коэффициент диффузии.
Отказ ТПК чаще всего происходит из-за закорачивания, которое зависит как от качества диэлектрической пленки, так и от качества обкладок.
Наилучший выход получается при использовании алюминия, который имеет низкую температуру испарения и малую подвижность атомов на поверхности, благодаря окислительным процессам.

размеры;
воспроизводимость характеристик в процессе производства;
совместимость технологии их изготовления с процессами производства других элементов гибридной интегральной схемы.