Проектирование установки вакуумного напыления пленок КР1095 ПП1

Проектирование установки вакуумного напыления пленок КР1095 ПП1

12

Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Цель дипломного проекта

1.2 Краткие технические сведения об изделии КР1095 ПП1

1.3 Краткое описание технологического процесса изготовления изделия КР1095 ПП1

1.4 Литературный обзор

1.4.1 Механизмы отказов металлизации в результате электромиграции

1.4.2 Механизм коррозии и окисления металлизации

2 Специальная часть

2.1 Теоретическая часть

2.1.1 Физический процесс механизма распыления алюминия

2.1.2 Факторы, влияющие на свойства тонких пленок

2.1.3 Влияние вакуума на процесс нанесения пленки

2.1.4 Методы контроля тонких пленок

2.1.5 Установка магнетронного распыления 01НИ_7-015 «Магна - «2М»

2.2 Расчетная часть

2.2.1 Техническое обоснование выбора материала катода

2.1.1.1 Требования к контактам

2.1.1.2 Характеристики Al и Al + Si

2.3 Экспериментальная часть

2.3.1 Постановка задачи

2.3.2 Методика проведения эксперимента

2.3.3 Анализ результатов эксперимента

2.4 Выводы, рекомендации производству

3 Организационная часть

3.1 Организация работы оператора элионных процессов

4 Экономическая часть

4.1 Расчет экономического эффекта от усовершенствования операции

5 Мероприятия по техника безопасности и пожарной безопасности

5.1 Требования по ТБ при работе на установках вакуумного напыления

5.2 Пожарная безопасность

Список литературы

Введение

В настоящее время трудно назвать какую-либо область науки, техники или промышленного производства, где бы ни применялись тонкие пленки. Основными методами получения тонкопленочных слоев являются термическое испарение в вакууме и распыление ионной бомбардировкой. Особенно широкое применение эти методы нашли в новой и весьма перспективной отрасли электронной техники - микроэлектронике.

Микроэлектроника - это новое научно-техническое направление электроники, которая с помощью комплекса физических, химических, схемотехнических, технологических и других методов и приемов решает проблему создания высоконадежных и экономичных микроминиатюрных электронных схем и устройств.

Микроэлектронику часто отождествляют с микроминиатюризацией радиоэлектронной аппаратуры, хотя эти два понятия существенно и принципиально отличаются друг от друга.

Если главной целью микроминиатюризации аппаратуры является обеспечение минимальных размеров и веса устройств, созданных из дискретных малогабаритных деталей, то центральной задачей микроэлектроники является проблема создания максимально надежных элементов, схем, устройств и разработка надежных и дешевых способов их соединений путем использования качественно новых принципов изготовления электронной аппаратуры. К числу этих принципов относят отказ от использования дискретных компонентов и формирование в микрообъемах сложных интегральных схем непосредственно из исходных материалов. Что же касается уменьшения размеров и веса элементов, схем и устройств, то эта задача не является главной целью микроэлектроники, а решается ею попутно.

Таким образом, микроэлектроника является высшей, качественно новой ступенью микроминиатюризации. Ее основная задача - повышение надежности электронной аппаратуры, которое обеспечивается применением особо чистых исходных материалов и проведением технологического процесса в условиях, исключающих возможность загрязнения, минимальным количеством внутрисхемных соединений, малыми габаритами, компактностью узлов и блоков.

Интегральная электроника развивается не как новая или обособленная область техники, а как результат обобщений многих технологических приемов, ранее используемых в полупроводниковом производстве и при изготовлении тонкопленочных покрытий. В соответствии с этим в интегральной электронике определились два главных направления: полупроводниковое и тонкопленочное.

Создание интегральной схемы на одной монокристаллической полупроводниковой (пока только кремневой) пластине является естественным развитием отработанных в течение последних десятилетий принципов создания полупроводниковых приборов. Создание интегральной схемы на некристаллической (изоляционной) подложке (в качестве которой обычно используется стекло или стеклокерамический материал) является дальнейшим развитием широко распространенных вакуумных методов нанесения тонкопленочных покрытий.

Эти два направления в создании интегральных схем отнюдь не исключают, а скорее, наоборот, взаимно дополняют и обогащают друг друга. Более того, до сегодняшнего дня не созданы интегральные схемы, использующие какой-либо один вид технологии. Даже монолитные кремниевые схемы, изготовляемые в основном по полупроводниковой технологии, одновременно применяют такие методы, как вакуумное осаждение пленок алюминия для получения внутрисхемных соединений, т.е. методы, на которых основана тонкопленочная технология.

В связи с непрерывным совершенствованием как полупроводниковой, так и тонкопленочной технологий, а также ввиду все большего усложнения электронных схем, что выражается в увеличении числа и типов компонентов, следует ожидать, что в ближайшем будущем будет происходить процесс слияния полупроводниковых и тонкопленочных схем и большинство сложных электронных схем будут изготовляться на основе совмещенной технологии. При этом можно получить такие параметры и такую надежность схем, которые нельзя достичь при использовании каждого вида микросхем в отдельности.

Схемы, изготовленные по совмещенной технологии, имеют ряд несомненных достоинств. Так, например, имеется возможность получения на малой площади резисторов с большой величиной сопротивления и малым температурным коэффициентом. Контроль скорости осаждения в процессе получения резисторов позволяет изготовлять их с очень высокой точностью. Резисторам, полученным путем осаждения пленок, не свойственны токи утечки через подложку даже при высоких температурах, а сравнительно большая теплопроводность препятствует возможности появления в схемах участков с повышенной температурой.

Возможность комбинирования оптимальных активных полупроводниковых компонентов с оптимальными пассивными пленочными компонентами без компромиссов в случае применения той или иной технологии допускается большое разнообразие и большую свободу при конструировании микросхем с использованием совмещенной технологии.

В развитии тонкопленочных гибридных интегральных микросхем наблюдается рост уровня интеграции с одновременным увеличением функциональных возможностей микросхем.

В области технологии находят широкое применения: групповые методы обработки (одновременное осаждения пленок на большое количество подложек, одновременное селективное травление и т.д.), бескорпусные активные элементы со специальными выводами, благодаря чему повышается уровень механизации сборочных работ и снижается себестоимость изделий; новые материалы и новые методы осаждения тонких пленок (ионно-плазменное осаждение, осаждение из паровой и газовой фазы и др.), благодаря чему значительно расширяются диапазоны пассивных тонкопленочных элементов; электрохимические процессы окисления и восстановления, использование электронных пучков и оптических квантовых генераторов, благодаря которым возникает возможность изготовлять прецизионные резисторы и конденсаторы с очень малыми допусками (0,1-0,5%).

Большим достоинствам тонкопленочной технологии является ее гибкость, выражающаяся в возможности выбора материалов с оптимальными параметрами и характеристиками и в получении по сути дела любой требуемой конфигурации и параметров пассивных элементов. При этом допуски, с которыми выдерживаются отдельные параметры элементов, могут быть доведены до 1-2%, что особенно важно в тех случаях, когда точная величина номиналов и стабильность параметров пассивных компонентов имеют решающее значение.

Нанесение тонких пленок на основание, обладающее высокими изолирующими свойствами и низкой диэлектрической проницаемостью, с одной стороны, позволяет свести к минимуму паразитные емкостные связи между отдельными элементами схемы и, с другой стороны, устраняет присущие монокристаллическим подложкам ограничения по выбору материала и размеров подложки, закладывая тем самым возможность изготовления схем с большим количеством элементом на одной подложке, что необходимо для реализации сложных электронных устройств.

1. Общая часть

1.1 Цель дипломного проекта

По мере возрастания степени интеграции увеличивается удельный вес отказов, связанных с дефектами металлизации, диффузии и других операций. Распределение отказов ИМС можно изобразить диаграммой (рис. 1)

Рис. 1 Диаграмма распределения отказов

Отказы, связанные с процессами в металлических слоях, являются основными для ИМС при повышенных нагрузках (25 - 26%). Причина отказов может состоять в разрыве проводников на ступеньках окисла, в коррозии металла, во взаимодействии окисла с металлом при локальных увеличениях температуры, в замыкании Al на Si, через поры окисла при низкотемпературной рекристаллизации, в разрывах проводников и нарушении контакта с Si вследствие электродиффузии-процесса переноса вещества при высоких плотностях тока. Отказы из-за электродиффузии становятся существенными при плотностях тока свыше 5*104 А/см2 и температуре выше 150 0С.

При нагреве через границу раздела Al + Si в контактных окнах происходит взаимная диффузия Al и Si, причем Si диффундирует в Al быстрее и достигает концентрации ? 1, 5 am%.

Цель моего дипломного проекта - избежать подобного явления, применением других распыляемых материалов, позволяющих снизить растворимость Si в Al.

1.2 Краткие технические сведения об изделии КР1095ПП1

Изделие КР1095ПП1 представляет собой большую интегральную схему (БИС) и обеспечивает преобразование мощности потребления электрической энергии переменного тока промышленной частоты (50,0 ± 2,5) Гц в частоту следования импульсов с нормированным значением коэффициента преобразования, предела допустимой погрешности преобразования, амплитуды и формы выходных импульсов. БИС изготавливается по технологии КМДП с поликремниевым затвором.

Блок-схема ИМС КР1095ПП1 изображена на рис. 21, а назначение ее выводов указано в табл. 1.

БИС ПМУ сводит к минимуму количество дорогих прецизионных компонентов электрического счетчика и повышает его технологичность за счет снижения количества операций настройки электронного счетчика до одной операции на фазу. При этом в качестве образцовых компонентов используются только кварцевый резонатор и стабилитрон. Диапазон изменения входных сигналов БИС ПМУ составляет (1….4000) мВ при точности перемножения, характеризующейся отношением сигнал/шум не хуже 96 дБ. Диапазон линейного изменения частоты выходных импульсов составляет (2….8000) Гц. БИС ПМУ питается от двуполярного источника напряжения ± 6 В ± 5% и потребляет ток не более 10 мА во всем диапазоне рабочих температур от - 60 0С до + 60 0С.

Табл. 1 Назначение выводов ИМС КР1095ПП1

БИС ПМУ содержит следующие основные блоки:

§ преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ) датчика напряжения

§ ПНЧ датчика тока

§ Цифровой фильтр на основе 9-ти разрядного двоичного реверсивного счетчика

§ Делитель частоты на основе 5-ти разрядного двоичного счетчика

§ Делитель частоты на основе 16-ти разрядного двоичного счетчика

§ Делитель частоты на основе 2-х разрядного двоичного счетчика

§ Кварцевый генератор

§ Компаратор сигналов датчика тока

§ Блок определения знака мощности

§ Блок задания тактовых импульсов для обеспечения работы ПНЧ и компараторов

§ Источник тока и напряжения смещения для всех аналоговых узлов БИС

В БИС ПМЧ используется принцип импульсного перемножения двух сигналов на основе широтно-импульсной амплитудно-импульсной модуляции входных сигналов.

В качестве широтно-импульсного модулятора работает ПНЧ датчика напряжения, а в качестве амплитудно-импульсного модулятора с одновременным преобразованием усредненного значения произведения двух сигналов работает ПНЧ датчика тока.

Оба ПНЧ реализованы на основе дельта-сигма модуляторов с использованием схемотехники коммутируемых конденсаторов.

Цифровой фильтр на основе 9-ти разрядного двоичного реверсивного счетчика служит для усреднения количества импульсов на положительной и отрицательной мощности, наступающих с выхода датчика тока.

Счетчик двоичный 5-ти разрядный служит для деления выходной частоты цифрового фильтра. В зависимости от знака мощности выходная последовательность импульсов формируется либо на выходе БИС FOP (положительная мощность), либо на выходе FON (отрицательная мощность).

На выходе БИС FUS формируется логическая единица («1»), когда мощность положительная, и логический нуль («0»), когда мощность отрицательная.

Выход БИС FOH является поверочным выходом, на котором формируется частота, пропорциональная произведению двух входных сигналов, наступающих на входы X1, X2 и У1, У2 соответственно.

На опорные входы U1 и U2 поступает внешнее стабилизированное опорное напряжение (например, со стабилитрона).

Вход БИС FCC служит для программирования деления шахтовой частоты, формируемой на выходе OCF путем подключения кварцевого резонатора к выходам BQ1 и BQ2. Положительное напряжение питания наступает на вывод 2 Исс, отрицательное - на вывод 1 Исс, а средняя точка (земля) - на вывод GND.

Вход БИС FO служит для стабилизации характеристик ПМЧ по отношению к внешним дестабилизирующим факторам. На нем формируется меандр с частотой Ft/217, если вход FCC подключен к 2 Исс и меандр с частотой Ft/218, если вход FCC подключен к 1 Исс. Здесь Ft - тактовая частота кварцевого генератора на выходе OCF. При этом способ подключения FCC не влияет на коэффициент преобразования мощности ПМЧ в частоту следования импульсов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5