8. Пленочные элементы гибридных имс: резисторы, проводники и контактные площадки.

Пленочные резисторы: Тонкопленочные резисторы являются элементами гибридных тонкоплёночных микросхем, а также согласующими элементами в микросборках, где они присутствуют в виде резистивных матриц (резистивных "сборок") на отдельной миниатюрной подложке, представляющей собой компонент микросборки. В обоих случаях резисторы изготавливаются на основе общей резистивной плёнки одновременно, т.е. по интегральной технологии.

Для осаждения тонких резистивных плёнок используют стандартные резистивные сплавы в виде порошков (для термовакуумного напыления) или дисков-мишеней (для распыления ионной бомбардировкой). Сплавы представляют собой силициды хрома, никеля, железа и двойные или тройные системы на их основе.

Содержание кремния от 15 до 95 % обеспечивает широкий диапазон удельных сопротивлений. Конкретные марки резистивных сплавов характеризуются рекомендуемыми значениями удельного поверхностного сопротивления R_сл [Ом], допустимой удельной мощностью рассеивания Р₀ [Вт/см2], температурным коэффициентом сопротивления a [K^-1] и коэффициентом старения g_ст.

С учетом выводов из электропроводящей тонкой пленки структуру резистора можно рассматривать как двухслойную. При этом возможны три технологических варианта формирования резисторов (см. структуру и топологию резисторов на рис. 26).

Фотолитографический: напыление сплошной резистивной плёнки, напыление сплошной проводящей пленки, фотолитография по проводящей плёнке, фотолитография по резистивной плёнке (рис. 26,б).

Трафаретный: напыление резистивных элементов через трафарет, напыление проводящих элементов через трафарет (рис. 26,а).

Комбинированный: напыление сплошной резистивной плёнки, напыление проводящих элементов через трафарет, фотолитография по резистивной плёнке (рис. 26,б).

Трафаретный вариант, хотя и является более производительным и дешёвым, заметно уступает фотолитографическому по разрешающей способности (а_min) и точности (D_п), что следует из сравнительной таблицы.

Уширение проводящего вывода на величину В с каждой стороны призвано не допустить изменение сопротивления резистора из-за погрешности совмещения резистивного и проводящего рисунков.

При проектировании группы интегральных резисторов возникает задача определения рабочих размеров l и а для каждого резистора с таким расчётом, чтобы суммарная площадь, занимаемая резисторами, была минимальна. Исходными данными для проектирования являются: номинальные значения сопротивлений резисторов R_i; мощность рассеивания Р_i; предельные допустимые отклонения сопротивления ±g_Ri; температурный диапазон эксплуатации t°_min…t°_max.

Методика расчёта сводится к следующему:

1. Определяется оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления R_сл=R₀. Искомое значение лежит внутри ряда сопротивлений, выстроенного по возрастающей, т.е. R₁, R₂,…R_m, (R₀), R_m+1…R_N. Исходя из соотношения , можно сказать, что R₀ делит группу из N резисторов на две группы, отличающиеся формой (рис. 27): 1-я группа имеет R_i < R₀ и соответственно l<а; 2-я группа имеет R_i > R₀ и соответственно l>а. С учётом выбранного варианта технологии и данных сравнительной таблицы назначают меньшие (критические) размеры резисторов минимальными.

Суммарную площадь резисторов можно представить суммарным числом квадратов, которое необходимо свести к минимуму:

2. Выбор марки резистивного сплава. По найденному значению R₀ выбирают марку резистивного сплава так, чтобы R₀ удовлетворяло рекомендованному диапазону значений R_сл. При наличии двух и более вариантов марок сплавов следует ориентироваться на большее значение Р₀, меньшие значения a и g_ст. При окончательном выборе марки сплава становятся известными конкретные значения Р₀, a и g_ст.

3. Корректировка критических размеров резисторов с учётом мощности рассеивания. Мощность Р_i, рассеиваемую резистором, можно рассчитать следующим образом:

Для резисторов 1-й группы для резисторов 2-й группы

4. Корректировка критических размеров с учётом заданной точности.

5. Окончательный выбор критических (меньших) размеров резисторов. Из трёх значений, установленных для каждого резистора в пп.1,3 и 4, выбирают наибольший.

6. Вычисление вторых (больших) размеров для каждого резистора