SHPORA.net :: PDA

Login:
регистрация

Main
FAQ

гуманитарные науки
естественные науки
математические науки
технические науки
Search:
Title: | Body:

Функции металлов в изделиях электронной техники


Функции металлов в РЭА делятся на электрические и конструкционные.



В частности, в пленочных структурах:

Электрические функции базируются на уд. электропроводности (высокой или низкой), конструкционные – на прочности, пластичности, теплопроводности, теплостойкости и др.

Правило Нордхейма: проводниковые функции лучше выполняют чистые металлы.

Для резистивных и конструкционных целей применяют преимущественно сплавы (свойства изменяются в широких пределах).

Адгезионные функции выполняют переходные металлы (Cr, Ti, Ni, V) – тонкие слои (десятки нанометров) на керамических или ситалловых подложках резко улучшают адгезию Au и Ag. Сами переходные металлы не пригодны для выполнения проводниковых функций (повышенное уд. электросопротивление) и применяются как вспомогательная технологичная прослойка, обеспечивающая надежность металлизации, выполняемой из непереходных металлов – хороших проводников.

Вентильные – металлы, при анодном окислении которых образуются высококачественные диэлектрические оксидные пленки. Таких металлов немного: лучший – Ta, несколько худшие по свойствам пленки дают Nb, Al, V, Ti. Вентильные металлы с нанесенными на их поверхность анодными пленками широко используются при изготовлении конденсаторов большой уд. емкости, а также - в декоративных целях.

Барьерные функции выполняют металлы, способные служить преградой для взаимной диффузии других материалов, образующих структуру. Такими свойствами обладают: Pt (для Au - Al), Cr или V (для Al - Si), V (для Al – SiO2), Cu (для металл – B или C), Sn (для металл - N).

Защитные функции выполняют драгоценные металлы - Au, Pt и некоторые металлы благородной ветви (правее водорода) - Sn, Ni, Cr.

Требования к проводникам в изделиях электронной техники

Основное требование к проводникам – низкое удельное сопротивление, и, руководствуясь только этим, следовало бы во всех случаях предпочитать золото и медь.

Однако судить об электропроводности пленочных металлов только на основании справочных данных нельзя: их структура более дефектна, а следовательно, электропроводность понижена по сравнению с массивным состоянием. Поэтому приходится оперировать реальным значением удельного сопротивления, зависящим не только от материала, но и от технологии получения пленки.

Значение удельного сопротивления пленочного материала, как показывает эксперимент, на 10…30% выше, чем справочное для массивного материала. Таким образом, и реальное объемное удельное сопротивление, и толщину пленки характеризуют одним параметром – объемным сопротивлением, значение которого и задают при проектировании коммутации.

Кроме условия достаточно низкого удельного сопротивления к металлам, используемым в полупроводниковых ИС, предъявляются дополнительные требования:



хорошая адгезия к кремнию и диоксиду кремния; возможность получать омические и выпрямляющие (для барьеров Шоттки) контакты к кремнию, так как в ИС часто входят элементы с обоими типами контактов; стабильность характеристик при длительной эксплуатации.

Учитываются и экономические характеристики, но в связи с небольшим расходом металлов при изготовлении ответственных ИС допускается применение благородных металлов.

Особенности тонкопленочных металлов

Тонкие пленки не только являются основой тонкопленочных ГИС, но и широко используются и в полупроводниковых ИС. Поэтому методы получения тонких пленок относятся к общим вопросам технологии микроэлектроники. Существует три основных метода нанесения тонких пленок не подложку и друг на друга:

термическое (вакуумное) напыление, ионно-плазменное напыление (разновидности: катодное напыление и собственно ионно-плазменное); электрохимическое осаждение.

Нанесение тонких пленок

Термическое напыление. Металлический или стеклянный колпак расположен на опорной плите. Между ними находится прокладка, обеспечивающая поддержание вакуума после откачки подколпачного пространства. Подложка, на которую проводится напыление, закреплена на держателе. К держателю примыкает нагреватель (напыление проводится на нагретую подложку). Испаритель включает в себя нагреватель и источник напыляемого вещества. Поворотная заслонка перекрывает поток от испарителя к подложке: напыление длится в течении времени, когда заслонка открыта. Нагреватель обычно представляет собой нить или спираль из тугоплавкого металла (вольфрам, молибден и др.), через которую пропускается достаточно большой ток. Вместо нитей накала в последнее время используют нагрев с помощью электронного луча или луча лазера.

Для получения качественной пленки температура должна лежать в некоторых оптимальных пределах (200-400 С). Скорость роста пленок лежит в пределах от десятых долей до десятков нанометров в секунду. Прочность связи – сцепления пленки с подложкой или другой пленкой – называется адгезией. Некоторые распространенные материалы (золото) имеют плохую адгезию с типичными подложками, в том числе и с кремнием. В таких случаях на подложку сначала наносят подслой, характерный хорошей адгезией, а затем на него напыляют основной материал. Например, для золота подслоем могут быть никель или титан. Катодное напыление. Здесь большинство компонентов те же, что и для термического напыления. Однако отсутствует испаритель: его место занимает катод. Роль анода выполняет подложка вместе с держателем.

Подколпачное пространство сначала откачивают до 10-5…10-6 мм рт. ст., а затем в него через штуцер вводят некоторое количество очищенного нейтрального газа (аргон), так что создается давление 10-1…10-2 мм рт. ст. При подаче высокого напряжения на катод (2-3 кВ) в пространстве анод – катод возникает аномальный тлеющий разряд, сопровождающийся образованием квазинейтральной электронно-ионной плазмы.

Ионно-плазменное напыление. Главная его особенность по сравнению с методом катодного напыления состоит в том, что в промежутке между электродом – мишенью (с нанесенным на нее напыляемым материалом) и подложкой действует независимый газовый разряд. Тип разряда – несамостоятельный дуговой. Для этого типа разряда характерны: наличие специального источника электронов в виде накаливаемого катода, низкие рабочие напряжения (десятки вольт) и большая плотность электронно- ионной плазмы. Подколпачное пространство, как и при катодном напылении, заполнено нейтральным газом. Принципиальных различий между процессами катодного и ионно-плазменного напыления нет. Различаются лишь конструкции установок.

Анодирование. Один из вариантов химического ионно-плазменного напыления называют анодированием. Этот процесс состоит в окислении поверхности металлической пленки