5.3 Конденсаторы

Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рисунке 5.3. Емкость конденсатора определяется по формуле

С= С₀S, где С₀ – удельная емкость конденсатора зависит от материала диэлектрика и толщины пленки, S- площадь конденсатора. Толщина диэлект­рической пленки d существенно зависит от технологии: для тон­ких пленок d = 0,1 - 0,2 мкм, для толстых d = 10 - 20 мкм. По­этому при прочих равных условиях удельная емкость С₀ толстопленочных конденсаторов меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря раз­личию диэлектрических проницаемостей материалов.

При выборе диэлектрика для высокочастотных кон­денсаторов (как тонко-, так и толстопленоч- ных) приходится дополнительно учитывать поте­ри энергии в диэлектрике. Что касается омических потерь в об­кладках пленочных конденсато­ров, то они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденса­торов, потому что в качестве об­кладок используются металли­ческие слои с высокой проводи­мостью поэтому добротность таких конденсаторов высокая и может достигатьQ=100.

Рисунок 5.3

В таблице 5.3 приведены типичные параметры пленочных кон­денсаторов. Из таблицы можно сделать следующие общие выводы:

Таблица 5.3

Диэлектрик		С0, нФсм^2	Диэлектрик		С0, нФсм^2
GeO	10-12	5-15	Ta2 O5	20-22	50-200
SiO	5-6	5-10	Sb2 S3	18-20	10-15
SiO2	4	20	Паста	-	4-10
Al2 O3	8	30-40

Примечание: паста используется в толстопленочных ГИМС.

- удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежа­щем выборе диэлектрика) в несколько раз пре­вышают удельную емкость МОП-конденсаторов и тем более диф­фузионных конденсаторов;

- максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (по­скольку площадь подложек ГИМС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС).

Для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов опти­мальным диэлектриком является моноокись кремния, а также моноокись германия.

Следует заметить, что в последнее время, в связи с наличием миниатюрных дискретных конденсаторов (в том числе с весьма боль­шой емкостью - до нескольких микрофарад), наблюдается тенден­ция к отказу от пленочных конденса­торов и замене их навесными конденса­торами.

5.4 Катушки индуктивности

Как уже отмечалось, возможность осущест­влять катушки индуктив- ности методами микроэлектроники является одним из достоинств пленочной технологии. Такие катушки представляют собой плоские спирали, обычно прямоугольной конфи­гурации (рисунок 5.4). Для уменьшения сопротивления в качестве материала ис­пользуется золото. Ширина металличе­ской полоски составляет 30-50 мкм, просвет между витками 50-100 мкм. При таких.

геометрических размерах удельная индуктивность лежит в диапазоне 10-20 нГн/мм², т. е. на площади 25 мм² можно получить индуктивность 250-500 нГн.

Добротность катушек индуктивности, например, на час­тоте 100 МГц может иметь значение Q  50. В от­личие от добротности конденсатора добротность ка­тушки возрастает с увеличением частоты. Поэтому пленоч­ные катушки могут успешно работать в диапазоне

Рисунок 5.4 сверхвысоких частот

(СВЧ), при частотах 3-5 ГГц. При этом число витков состав­ляет 3-5.

В связи с разработкой микроминиатюрных проволочных кату­шек применение пленочных катушек, особенно на частотах менее 50 - 100МГц ограничивается и предпочтение, как и в случае кон­денсаторов, отдаетсянавесным компонентам.

5. Пленочные проводники и контактные площадки

Для электрического соединения различных элементов микросхем на одной подложке применяют пленочные проводники. Для этой цели требуются материалы с высокой проводимостью и хорошей адгезией к подложке. Контактные площадки служат для подсоединения навесных компонентов схемы и внешних выводов с помощью пайки или сварки.

Для напыления проводников в основном применяют золото, медь или алюминий толщиной 0,6-0,8 мкм. Для улучшения адгезии проводящих пленок напыляют тонкий подслой хрома или нихрома толщиной 0,01-0,03 мкм. Для защиты поверхности проводящих пленок от окисления применяют покрытие из никеля или золота толщиной 0,05-0,1 мкм.

5. Навесные компоненты

В качестве навесных компонентов используются бескорпусные диоды и транзисторы, диодные и транзисторные матрицы, полупроводниковые ИМС, а также резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности номиналы которых невозможно выполнить в пленочном исполнении.

5. Методы формирования заданной конфигурации пленочных элементов.

Пленочные резисторы, конденсаторы, соединительные проводники, контактные площадки должны иметь определенную конфигурацию для получения заданных номиналов и выполнения конкретных функций. Изготовление толстопленочных элементов описано в  . Заданную конфигурацию тонкопленочных элементов можно получить различными методами: свободной маски, контактной маски, фотолитографии и др.

1. Метод свободной маски.

Он основан на экранировании части подложки от потока частиц напыляемого вещества с помощью специально изготовленной свободной маски (рисунок 5.5а и б). Свободная маска представляет собой

Рисунок 5.5

тонкий экран (0,1 мм), выполненный из стали, бериллиевой бронзы или других материалов, с отверстиями, очертание и расположение которых соответствует желаемой конфигурации пленочных элементов. Достоинством этого метода является то, что маска может использоваться многократно (до 20 раз). К недостаткам следует отнести: во-первых, в процессе напыления происходит напыление на маску, что меняет её толщину и ширину отверстий, а также подпыление (проникновение материала пленки под маску). Это снижает точность размеров элементов и их номиналов. Поэтому периодически требуется очистка масок. Во-вторых, металлические маски мало пригодны при катодном и ионо-плазменном напылении, так как металл искажает электрическое поле, а это тоже приводит к снижению точности элементов.

2. Метод контактной маски.

Контактная маска изготовляется непосредственно на подложке и держится на ней благодаря адгезии. Материал маски (медь, алюминий, никель, фоторезист) должен выдерживать условия нанесения материала тонкой пленки, не испаряясь и не взаимодействуя химически с этим материалом и легко удаляться с подложки способами, не влияющими на свойства материала тонкой пленки. На подложку с контактной маской (рисуноу 5.5в) наносят слой материала, из которого будут формироваться тонкопленочные элементы. Если теперь на полученную заготовку воздействовать травителем или растворителем для материала маски, то маска, удаляясь с подложки, увлекает с собою и лежащие на ней участки слоя напыленного материала. И он остается только на тех местах, где был нанесен непосредственно на поверхность подложки (рисунок 5.5г).

Метод контактной маски обеспечивает большую точность и четкость края, и применим как для вакуумного, так и для катодного распыления.

3. Метод фотолитографии

Метод фотолитографии аналогичен методу фотолитографии,применяемом вППИМС при изготовлении металлических проводящих пленок (раздел 3.4). Размеры элементов могут быть такими же малыми, как и в ППИМС, но в этом нет необходимости.

87