Главная страница
Навигация по странице:

  • Подложка предназначена для нанесения на нее элементов гиб- ридных и пленочных ИМС, межэлементных и межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.

  • механическая проч- ность , теплопроводность

  • Шероховатость поверхности

  • Электропроводность

  • 5.2. Тонкопленочные резисторы

  • Данилова - Процессы в микро и наноэлектронике. Т. И. Данилина, К. И. Смирнова Процессы микро и нанотехнологии


    Скачать 22.56 Mb.
    НазваниеТ. И. Данилина, К. И. Смирнова Процессы микро и нанотехнологии
    АнкорДанилова - Процессы в микро и наноэлектронике.pdf
    Дата31.03.2018
    Размер22.56 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаДанилова - Процессы в микро и наноэлектронике.pdf
    ТипУчебное пособие
    #17433
    страница8 из 21
    1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21
    5. ЭЛЕМЕНТЫ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ИМС
    5.1. Подложки пленочных ИМС
    5.1.1. Материалы подложек
    Подложки в технологии изготовления пленочных и гибридных
    ИМС играют очень важную роль. Подложки являются основанием для группового формирования на них ИМС, главным элементом конструк- ции ИМС, выполняющим роль механической опоры, обеспечивают теплоотвод и электрическую изоляцию элементов.
    Подложка предназначена для нанесения на нее элементов гиб-
    ридных и пленочных ИМС, межэлементных и межкомпонентных
    соединений, а также контактных площадок.
    Материал, геометрические размеры и состояние поверхности под- ложек во многом определяют качество формируемых элементов и на- дежность функционирования ИМС и микросборок. Различные способы формирования пленочных элементов, монтажа и сборки, а также мно- гообразие выполняемых гибридными ИМС функций диктуют разнооб- разные и даже противоречивые требования к подложкам. В настоящее время нет такого материала для подложек, который в одинаковой мере удовлетворял бы этим разнообразным требованиям. Для изготовления подложек в основном используют стекло, керамику, ситалл.
    Стекло. Для подложек используют боросиликатные и алюмосили- катные стекла. Путем листового проката этих стекол получают доста- точно гладкую поверхность, не прибегая к полированию.
    Применение щелочных стекол, содержащих окислы Na
    2
    O, CaO,
    ограничено нестабильностью их свойств, поскольку при нагреве в электрическом поле наблюдается интенсивное выщелачивание. К не- достаткам подложек из стекла следует отнести малую теплопровод- ность, что не позволяет применять их при повышенном нагреве. При интенсивном нагреве предпочтительнее кварц и кварцевое стекло.
    Подложки из стекла имеют аморфную структуру.
    Керамика. Исходными материалами являются порошкообразные окислы. Смесь окислов отжигают при 1000
    о
    С и измельчают до одно- родного размера зерна. Добавляют около 2 % связующего вещества, а затем прессуют или делают в виде ленты, пропуская под режущим инструментом. Ленту высушивают на воздухе для удаления раствори- теля. Затем из ленты вырезают подложки желаемой формы. Можно сделать отверстия или направляющие кромки. Вырезанные подложки спекают при 1500-1700
    о
    С.

    95
    Керамики изготовляются с различным содержанием окислов:
    алюминиевая керамика - Al
    2
    O
    3
    от 96 % до 99,9 %; бериллиевая кера- мика BeO - 99,5 %. Чем меньше в керамике содержится связующего вещества, тем прочнее керамика. Прочность связующего вещества значительно ниже прочности Al
    2
    O
    3
    или BeO, поэтому полученное спе- канием изделие при больших нагрузках разрушается по связующему веществу. Увеличение содержания Al
    2
    O
    3
    в керамике значительно улучшает ее свойства, а именно, увеличиваются механическая проч-
    ность, теплопроводность, улучшаются электрические свойства.
    После спекания керамика имеет шероховатую поверхность. Эту поверхность улучшают шлифовкой и полировкой, но это дорого. Для улучшения поверхности керамику покрывают стеклянной глазурью и еще раз отжигают. Керамические подложки имеют поликристалличе-
    скую структуру.
    Синтетический сапфир - это монокристаллическая окись алюми- ния. Прокаленный порошок алюмоаммониевых квасцов расплавляют в кислородно-водородном пламени и выращивают монокристалличе- скую булю, которую разрезают на пластины и полируют.
    Ситаллы - стеклокристаллический материал. Ситалл отличается от стекла наличием микрокристаллической фазы, занимающей от 50 до
    95 % всего объема. Это резко повышает механическую прочность си- талла и улучшает его электрические свойства. Искусственную кри- сталлизацию стекла для получения ситалла производят путем введения в шихту катализаторов, способных образовывать зародыши кристалли- зации. Если это происходит при фотохимическом процессе, то полу- ченный материал называют фотоситаллом. Например, если в шихту ввести ионы Ag и облучить светом, то серебро восстанавливается до металла, и получаем большое число зародышей кристаллизации, рав- номерно распределенных во всем объеме. Для изготовления подложек чаще всего используется марка СТ50-1.
    Геометрические размеры подложек стандартизированы. Подложки из стекла имеют размеры 50х50, 48х60, 60х96, 100х100 и 96х120 мм, из керамики и ситалла 48х60, 60х96 и 96х120, из сапфира - 24х30 мм.
    Толщина составляет 0,6-1 мм. Деление подложек с ИМС на части,
    кратные двум и трем, дает нормализованный ряд типоразмеров плат.
    В последнее время для изготовления гибридных БИС и микросбо- рок применяют гибкие подложки из полимерных материалов. Наи- большее распространение получили полиимидные пленки толщиной
    40-50 мкм, которые допускают двустороннюю обработку и вакуумное нанесение тонких пленок для создания двухслойной разводки, а также травления отверстий для создания металлизированных переходов ме-

    96
    жду слоями. Основными преимуществами гибких подложек являются способность изгибаться и свертываться в трех плоскостях, принимать форму корпуса сложной конструкции, а также малые толщины и мас- са, ударопрочность.
    Наиболее перспективными для гибридных БИС и микросборок яв- ляются металлические подложки (платы), поверхность которых по- крывают относительно тонким (40-60 мкм) слоем диэлектрика. Для этих целей используют алюминиевые пластины с анодированной по- верхностью, стальные пластины, покрытые стеклом или полиимидным лаком, и др. Металлические подложки существенно улучшают тепло- отвод от компонентов, обеспечивают необходимую жесткость конст- рукции гибридных ИМС и микросборок.
    5.1.2. Свойства подложечных материалов
    Шероховатость поверхности. Состояние поверхности подложки оказывает существенное влияние на структуру наносимых пленок и параметры пленочных элементов. Большая шероховатость поверхно- сти подложки, наличие на ней микронеровностей уменьшают толщину пленок, вызывают локальное изменение электрофизических свойств пленок и тем самым снижают воспроизводимость параметров пленоч- ных элементов и их надежность. Поэтому подложки для тонкопленоч- ных ИМС должны иметь минимальную шероховатость, быть без пор и трещин. Так, при нанесении тонких пленок толщиной до 100 нм до- пустимая высота микронеровностей не должна превышать 25 нм, что соответствует 14-му классу чистоты поверхности подложек.
    Толстые пленки наносят толщиной до 50 мкм, поэтому подложки для толстопленочных ИМС могут иметь микронеровности до 2 мкм,
    что соответствует восьмому классу чистоты (не хуже).
    Шероховатость поверхности подложек зависит от материала под- ложек и способов их обработки (табл.5.1).
    Для стекол наблюдаются случайные неровности, обусловленные нерегулярностями вытягивания. Они малы. Такой же характер носит поверхность глазурованной керамики и полированного сапфира. Вы- сота неровностей для мелкозернистой керамики (96 % Al
    2
    O
    3
    ) составля- ет 1,5 мкм и на длине 20 мкм - два пика, а для керамики 99,5 % Al
    2
    O
    3
    амплитуда пиков меньше (1 мкм), но на той же длине умещается уже три пика. Керамику можно полировать и, если размеры зерен малы,
    обработанная поверхность может быть столь же гладкой, как поверх- ность стекла. Однако это сильно увеличивает стоимость подложек.

    97
    Таблица 5.1
    Шероховатость подложек
    Материал подложки
    Стекла,
    сапфир
    Глазуро- ванные и полирован- ные кера- мики,
    ситалл
    Свежеото- жженная кера- мика 99,5 %
    Al
    2
    O
    3
    Керамика
    96 % Al
    2
    O
    3
    Высота не- ровностей,
    мкм
    0,025 0,05 1
    1,5
    Класс чис- тоты
    14 13-14 10 9
    Плоскостность необходима для качественной работы установок совмещения. На четкость линий в фотолитографии особенно влияет волнистость поверхности. Если при экспонировании поверхность фо- торезиста не приведена в совершенный контакт с фотошаблоном, то свет будет попадать на периферию непрозрачных участков, и четкость будет ухудшаться. И керамикам, и стеклам присуща волнистость по- верхности, причем для керамик положение еще больше осложняется из-за искривления в процессе отжига, а также при операции глазуро- вания.
    Для подложек с большим радиусом кривизны R допустимы откло- нения от плоскостности 50 мкм/см, при малом R недопустимы откло- нения даже 10 мкм/см. Характерные отклонения от плоскостности для различных материалов подложек представлены в табл.5.2.
    Таблица 5.2
    Отклонения от плоскостности
    Материал подложки
    Полированные поверхности
    Стекло
    Керамики,
    ситалл
    Отклонения, мкм/см
    <1 40 50
    Теплопроводность. Материал подложки должен обладать хоро- шей теплопроводностью, что позволяет избежать возникновения в микросхеме местного перегрева, вызывающего изменение характери- стик или даже разрушения пленок. Подложка, изготовленная из мате- риала с высокой теплопроводностью, обеспечивает выравнивание тем-

    98
    пературного градиента по всей поверхности, а также отвод тепла от микросхем. Стекла имеют очень малую теплопроводность. Из подло- жечных материалов высокой теплопроводностью обладает керамика на основе бериллия. Теплопроводность подложечных материалов представлена в табл.5.3. Теплопроводность меди взята за единицу.
    Таблица 5.3
    Теплопроводность материалов
    Материал подложки
    Стекла,
    ситалл
    Керамика на основе
    Al
    2
    O
    3
    Керамика на основе
    BeO
    Медь
    Тепло- провод- ность,
    отн.ед.
    0,002-0,005 0,05 0,2 1
    Термическое расширение характеризуется температурным коэф- фициентом линейного расширения (ТКЛР). Коэффициент термическо- го расширения типичных подложечных материалов меньше, чем у ме- таллов. Кроме того, обычно применяют многослойные металлические композиции, поэтому при подгонке ТКЛР пленки и подложки прихо- дится искать некоторое компромиссное решение (табл.5.4).
    Таблица 5.4
    ТКЛР пленок и подложек
    Материал подложки
    Al
    Cu, Au
    Ta
    Стекла,
    ситалл
    Кера мики
    Кварц
    (SiO
    2
    )
    ТКЛР, 10
    -6
    град
    -1 20 14 6,5 4,1-5 6
    0,56
    Механическая прочность приобретает важное значение, когда подложки надо сделать тонкими, так как это экономит материал и уменьшает вес ИМС. Обычно толщина подложек составляет десятые доли миллиметра. Толщина подложек из ситалла составляет 0,3-0,5
    мм.
    Термическая стойкость. В отношении термической стойкости материалы располагаются в том же порядке, что и в отношении темпе- ратуры размягчения или плавления (табл.5.5).

    99
    Таблица 5.5
    Температура размягчения материалов
    Материал
    Керамика
    99,9 % Al
    2
    O
    3
    сапфир
    96 % Al
    2
    O
    3 98 % BeO
    Кварц
    Стекла,
    ситалл
    Т
    размягч.
    ,
    о
    С
    2040 1600 1580 620-750
    Химическая стойкость существенна на всех стадиях обработки подложек. Почти все стекла содержат силикатные компоненты (SiO
    2
    ),
    окислы щелочноземельных металлов Na
    2
    O, CaO и др. Поэтому по- верхность этих подложек может ухудшаться при длительном воздей- ствии влажной среды из-за выветривания, связанного с большим со- держанием Na
    2
    O.
    Все стекла из-за наличия SiO
    2
    подвержены действию плавиковой кислоты, используемой для травления тугоплавких металлов. Кроме того, может наблюдаться взаимодействие окислов щелочных металлов с пленками, приводящее к ухудшению свойств пленок. Отсюда следу- ет, что из стекол в качестве подложек следует использовать бесщелоч- ные стекла, например, алюмоборосиликатные стекла (С48-3, С41-1).
    Наиболее химически стойки полированные керамические подлож- ки на основе Al
    2
    O
    3
    , BeO и сапфир.
    Электропроводность. Считают, что все стекла и керамики, ис- пользуемые в качестве подложечных материалов, являются хорошими изоляторами.
    Стоимость. Если принять за единицу стоимости подложечного материала стоимость неглазурованной керамики с содержанием 99,5 %
    Al
    2
    O
    3
    , то стоимость стекол составит 0,04-0,65, керамики на основе BeO
    - 4, сапфира - 400.
    5.1.3. Очистка подложек
    Пленки должны иметь прочную связь (адгезию) с подложкой. Эта связь не должна ухудшаться со временем или под воздействием элек- трического поля. Хорошая адгезия обеспечивается для таких материа- лов пленок, которые образуют переходной окисный слой с материалом подложки. Переходной слой обеспечивает отличную химическую связь с подложкой. Пленки алюминия и хрома имеют большое сродст- во к стеклянным и керамическим подложкам и образуют переходной слой. Пленки золота обладают плохой адгезией. Поэтому улучшать

    100
    адгезию пленок из золота можно с помощью подслоя хрома или алю- миния, а между хромом и золотом возникает прочная металлическая связь.
    Загрязнение на подложке, имеющее толщину всего в несколько атомных слоев, может воспрепятствовать хорошему сцеплению, т.е.
    образованию хорошего окисного слоя и сильно ослабить адгезию. Да- же мельчайшие посторонние частицы по своим размерам соизмеримы с толщиной пленки и поэтому оказывают существенное влияние на качество пленки. Загрязнения могут химически взаимодействовать с материалом пленки. Кроме того, известно, что на чистой и загрязнен- ной подложках получаются пленки различной структуры.
    Поэтому при изготовлении тонкопленочных ИМС одним из важ- нейших условий обеспечения качества является чистота подложки.
    Удаление жиров. Подложка имеет загрязнения, обусловленные операциями изготовления, контактом с человеком, пылью из воздуха и др. Для удаления жиров используют химическую очистку. Хорошие результаты при отмывке стеклянных подложек дает химическое трав- ление их в едком натре или в едком кали с последующей обработкой в концентрированной хромовой смеси (хромпике), состоящей из раство- ра K
    2
    Cr
    2
    O
    7
    в концентрированной серной кислоте. Более интенсивная очистка получается при обработке стеклянных подложек в кипящем растворе хромпика. Кислотные травители, взаимодействуя с загрязне- ниями, например, со смазками или с некоторыми окислами, превра- щают их в более растворимые соединения, щелочные же травители омыливают жиры и снижают их поверхностное натяжение.
    Для заключительных промывок используют дистиллированную или деионизованную воду и изопропиловый спирт.
    Кислотные травители воздействуют на поверхность подложки, по- этому в растворах кислот опасно обрабатывать керамику, ситалл и др.
    Такая обработка приводит к протравливанию поверхности с углубле- нием рельефа, т.е. увеличивают шероховатость. Поэтому применяют для удаления жировых загрязнений органические растворители. Ми- неральные масла растворяются в углеводородах (трихлорэтилен, четы- реххлористый углерод и др.), а растительные масла - в спирте (изопро- пиловый спирт).
    Чаще всего используется следующая технология промывки под- ложек из стекла, керамики, ситалла. Для обезжиривания подложек ис- пользуется состав: перекись водорода (H
    2
    O
    2
    ), аммиак (NH
    4
    OH) и вода.
    Подложки кипятятся в этом нейтральном растворе. Затем следует мно- гократная промывка в дистиллированной воде.

    101
    Процесс растворения жировой пленки может быть ускорен нало- жением ультразвуковых колебаний.
    Следует отметить, что чаще используется комбинация различных способов промывок, т.к. один способ не всегда обеспечивает удовле- творительные результаты.
    Сушка подложек осуществляется с помощью сжатого очищенного воздуха или в печи при продувке очищенным Ar или N
    2
    Для контроля степени очистки подложек используются качест- венные и количественные методы контроля. Качественный контроль осуществляется по "черному блику", а количественный - по методу капли, царапины или путем контроля электропроводности деионизо- ванной воды.
    Свежеочищенная поверхность подложки обладает большим уров- нем свободной энергии, что приводит к быстрому повторному загряз- нению пылью и влагой из атмосферы, поэтому очень важно правиль- ное хранение подложек между операциями. Оно должно быть не более суток. Даже чистая подложка, помещенная в вакуум, быстро сорбирует газы. Поэтому перед осаждением пленок подложка прогревается или подвергается очистке с помощью ионной бомбардировки.
    5.2. Тонкопленочные резисторы
    5.2.1. Выбор материалов
    Основными элементами тонкопленочных микросхем являются подложка и система пассивных элементов, включающая резисторы,
    конденсаторы, индуктивности, проводники и контактные площадки.
    Проблема создания тонкопленочных резисторов связана с техно- логическими вопросами получения следующих характеристик 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.).
    С учетом возможности получения данных характеристик резистивной пленки могут быть рассчитаны электрические параметры и конструк- ция резисторов. Взаимосвязь конструктивных и технологических па- раметров резисторов устанавливается основным уравнением для их расчета
    d
    b
    l
    R
    ×
    ×
    =
    r
    ,

    102
    где
    -
    R
    сопротивление резистора, Ом;
    -
    v
    r удельное объемное сопротивление материала резистивной пленки, Ом
    ×м;
    -
    d
    b
    l ,
    ,
    соответственно длина, ширина и толщина резистора
    (рис.5.1).
    Рис. 5.1. Тонкопленочный резистор
    1 - резистивная пленка; 2 - контактная пленка проводящего материала; 3 - подложка.
    При использовании одного и того же резистивного материала общей для всех резисторов микросхемы величиной, не зависящей от номина- ла резисторов и его размеров, является сопротивление резистивной пленки
    v
    r
    . Проектируя тонкопленочные резисторы, предполагают также, что и толщина резистивной пленки одна и та же для всех одно- временно изготавливаемых резисторов.
    Это позволяет ввести понятие о
    0
    C
    поверхностном удельном сопротивлении резистивной пленки, величина которого определяется только удельным объемным сопротивлением материала резистивной пленки и его толщиной и численно равна сопротивлению квадратной формы с произвольным размером сторон. Уравнение для сопротивле- ния резистора при этом может быть записано как
    ф
    s
    s
    K
    b
    l
    R
    r r
    =
    =
    ,
    где
    -
    ф
    K
    коэффициент формы или число квадратов резистора.
    Для получения пленочных резисторов с номиналами от единиц и долей ома до десятков и сотен мегом используются материалы, удель-

    103
    ное сопротивление которых изменяется в широких пределах. Материа- лы тонкопленочных резисторов можно условно разделить на несколь- ко групп: резистивные материалы на основе металлических сплавов и микрокомпозиций (смесей), полупроводниковые материалы и др. Дан- ные по характеристикам резистивных материалов приведены в [5]. В
    качестве резистивных материалов на основе чистых металлов чаще всего используются хром и тантал с сопротивлением (100-200) Ом/
     и
    ТКС порядка (5-10)
    ×10
    -4 1/град. Необходимость создания резистивных пленок с большими значениями удельного сопротивления порядка со- тен и тысяч омов на квадрат заставила обратиться к новым типам ма- териалов, в том числе и к металлическим сплавам. Пленки нихрома с толщиной 20-50 нм имеют
    =
    s
    r
    (50-300) Ом/
     и ТКС - 2×10
    -4 1/град.
    По своим свойствам к сплавам приближаются так называемые микро- композиции, в состав которых наряду с металлами вводятся полупро- водники или диэлектрики. При использовании сплавов кремния в со- четании с некоторыми металлами образуется диэлектрическая фаза в виде окислов кремния в композиции с проводящей фазой дисилицидов металлов, многие из которых являются примесными полупроводника- ми с высоким удельным сопротивлением. До термостабилизации эти пленки имеют практически аморфную структуру и отрицательный
    ТКС, но после термообработки кристаллизуются; ТКС пленок при этом уменьшается. Структура таких сплавов однородна и обеспечивает малый уровень шумов. Увеличение процентного содержания диэлек- трической фазы приводит к возрастанию удельного сопротивления микрокомпозиций с одновременным изменением величины ТКС в сто- рону отрицательных значений. Наиболее широко для изготовления микрокомпозиционных резисторов используются сплавы типа МЛТ.
    Обычно в их состав входят в качестве основных веществ хром и крем- ний с добавками железа, никеля и алюминия. Для сплава МЛТ-3М
    удается с хорошей воспроизводимостью получать удельные сопротив- ления (200-800) Ом/
     и ТКС - (60-150)×10
    -5 1/град.
    Для получения резистивных пленок с
    =
    s
    r
    1 кОм/
     и более ис- пользуют керметы, являющиеся частным случаем микрокомпозиций. В
    их состав входят металл и диэлектрик. Наиболее воспроизводимые результаты при высокой стабильности и низком значении ТКС в на- стоящее время удалось получить лишь для керметов хром (Cr)- моноокись кремния (SiO). Максимальное
    s
    r
    , которое удалось полу- чить для этих резисторов, составляет 20 кОм/
    . Однако практически используются резисторы на основе Cr-SiO с
    s
    r не более 2000 Ом/
    .

    104
    В последнее время разработаны специальные сплавы, например,
    сплав РС-1004 для высокоомных резисторов с удельным сопротивле- нием 40-50 кОм/
    . Основным недостатком этих резисторов является высокая абсолютная величина ТКС. Тем не менее, эти резисторы мо- гут успешно применяться в высокоомных делителях напряжения. По- лупроводниковые соединения PbO, SnO, In
    2
    O
    3
    и др. являются высоко- умными материалами, но мало изучены и не применяются для изго- товления тонкопленочных резисторов.
    5.2.2. Технологические погрешности резисторов
    Воспроизводимость номиналов резисторов определяется воспро- изводимостью удельного поверхностного сопротивления и геометрии резистора. Для тонкопленочных резисторов обычно длина больше его ширины, поэтому воспроизводимость геометрии резистора будет оп- ределяться погрешностью получения ширины резистора. Эта погреш- ность будет определяться способом получения рисунка.
    Для контактных масок при травлении резистивных пленок через маску шириной
    m
    b
    возникает боковой подтрав
    d
    2
    (рис.5.2).
    Рис. 5.2. Процесс переноса изображения с контактной маски 1
    на резистивную пленку 2.
    С учетом абсолютных погрешностей получим
    (
    )
    d
    d
    b
    b
    b
    b
    м
    p
    R
    p
    D
    +
    -
    D
    +
    =
    D
    +
    2
    )
    (
    ,
    (6.1)
    где
    -
    p
    b
    расчетная величина ширины резистора;
    -
    D
    D
    D
    d
    b
    b
    м
    R
    ,
    ,
    соответственно абсолютные погрешности ширины резистора, маски и толщины резистивной пленки.
    Преобразования приводят к следующей формуле

    105
    ÷
    ø
    ö
    ç
    è
    æ
    D
    +
    -
    ÷
    ÷
    ø
    ö
    ç
    ç
    è
    æ
    D
    +
    =
    ÷
    ÷
    ø
    ö
    ç
    ç
    è
    æ
    D
    +
    d
    d
    d
    b
    b
    b
    b
    b
    b
    p
    м
    p
    p
    p
    p
    1 2
    1 1
    ,
    отсюда
    ÷
    ø
    ö
    ç
    è
    æ
    D
    +
    -
    D
    =
    D
    d
    d
    b
    d
    b
    b
    b
    b
    p
    p
    м
    p
    R
    1 2
    ,
    (5.2)
    где
    -
    D
    D
    D
    d
    d
    b
    b
    b
    b
    p
    м
    p
    R
    ,
    ,
    относительные погрешности собственно шири- ны резистора
    R
    b
    d
    , маски
    м
    b
    d и толщины
    d
    d
    Абсолютная погрешность изготовления контактной фоторезистивной маски определяется ошибкой изготовления фотошаблона
    фш
    b
    D
    ,
    ошибкой на операции совмещения и экспонирования
    эксп
    b
    D
    (параметр установки) и ошибкой
    пр
    b
    D
    , возникающей на операции проявления,
    равной удвоенной толщине слоя фоторезиста. Для подсчета полной ошибки контактной маски следует применить закон сложения ошибок
    2 2
    2
    пр
    эксп
    фш
    м
    b
    b
    b
    b
    D
    +
    D
    +
    D
    =
    D
    (5.3)
    Погрешность по толщине
    d
    D
    определяется воспроизводимостью про- цесса осаждения пленки и разбросом ее толщины по подложке и уста- навливается экспериментально. Если есть необходимость, то погреш- ность по длине рассчитывается аналогично.
    Для тонкопленочных резисторов, рисунок которых получен через свободную маску, ошибка по длине и ширине складывается из ошибки изготовления трафарета и ошибок, возникающих в процессе напыле- ния. Ошибка трафарета зависит от способа его изготовления. В произ- водстве наибольшее распространение получил фотохимический метод изготовления свободных масок, основанный на фотопереносе изобра- жения с фотошаблона на металлическую заготовку маски с последую- щим ее травлением. Для биметаллической маски точность составляет
    ±10 мкм. В процессе эксплуатации маска постепенно теряет свою точ- ность вследствие осаждения на нее тонкопленочных слоев. Испарен- ное вещество одновременно осаждается на подложку и на края трафа- рета. В этом случае запыление рабочих окон шириной
    b
    составляет
    dn
    b
    зап
    2
    =
    D
    ,
    где
    -
    d
    толщина напыляемой пленки;

    106
    -
    n
    число напылений.
    Допустимое число напылений зависит от размеров окон и требуемой точности.
    Ошибки подпыления и затенения, возникающие в процессе напы- ления, поясняются рис.5.3. Если поток частиц из испарителя в высоком вакууме считать прямолинейным, то часть участков трафарета может экранировать подложку. Эффект затенения зависит от толщины тра- фарета и взаимного расположения элементов системы испаритель- трафарет-подложка. Из рис.5.3. ошибка затенения определяется
    (
    )
    (
    )
    h
    x
    s
    t
    tg
    s
    t
    b
    зат
    ×
    +
    =
    ×
    +
    =
    D
    j
    ,
    где
    -
    x
    удаление элемента от центра подложки;
    -
    h
    кратчайшее расстояние от испарителя до подложки;
    -
    s
    зазор между трафаретом и подложкой;
    -
    t
    толщина трафарета.
    Рис. 5.3. К расчету ошибок подпыления и затенения
    1 - испаритель; 2 - молекулярный поток;
    3 - свободная маска (трафарет); 4 - подложка
    Рассмотренный случай является простейшим. При сложной форме ра- бочих окон трафарета проекция тени может сильно отличаться от фак- тической формы окна. Если испаритель имеет форму нити или лодоч- ки, то учет появления тени затруднен. Эта погрешность может быть уменьшена за счет рационального размещения прорезей в трафарете и испарителя, а также за счет введения нескольких испарителей.
    rb подп
    /2
    rb зат

    107
    При наличии зазора между трафаретом и подложкой возникает подпыление. Из рис.5.3 для точечного испарителя
    t
    h
    b
    s
    tg
    s
    b
    подп
    +
    ×
    =
    ×
    =
    D
    2
    /
    2
    j
    При
    h
    t
    <<
    h
    b
    s
    b
    подп
    ×
    =
    D
    Для поверхностного испарителя (рис.5.3)
    (
    )
    h
    b
    L
    s
    b
    подп
    +
    =
    D
    ,
    где
    -
    b
    ширина резистора;
    -
    L
    длина испарителя.
    На ошибку подпыления существенное влияние оказывает давление остаточных газов в рабочей камере в процессе напыления. С увеличе- нием этого давления ошибка подпыления очень сильно возрастает.
    Эффект подпыления является одной из причин, почему свободные маски не используются при катодном распылении, которое реализует- ся при высоких давлениях.
    Полная ошибка напыления определяется
    2 2
    2
    подп
    зат
    зап
    нап
    b
    b
    b
    b
    D
    +
    D
    +
    D
    =
    D
    С учетом ошибки изготовления трафарета
    2 2
    нап
    траф
    b
    b
    b
    D
    +
    D
    =
    D
    Погрешность по длине рассчитывается аналогично.
    1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21


    написать администратору сайта