Исследование проводниковых материалов. Медведев С.П - 11 стр.

    12. Влияние толщины металлических пленок на удельное поверх-
      ностное сопротивление и его температурный коэффициент                                   W
                                                                                                                 Wсв ж
   При производстве интегральных схем металлические пленки исполь-
зуются для межэлементных соединений, контактных площадок, обкладок
конденсаторов, индуктивных, магнитных и резистивных элементов.
   Структура пленок в зависимости от условий конденсации может изме-
няться от аморфного конденсата до эпитаксиальных пленок – структур                                                       W св т
совершенного монокристаллического слоя. Кроме этого, свойства метал-
лических пленок связаны с размерными эффектами. Так их вклад электро-
проводность существенен, если толщина пленки соизмерима с lср.                                    Tk             Tn               T
   На рисунке 11 представлены типичные зависимости поверхностного
сопротивления тонких пленок ρs и его температурного коэффициента αρs                                      Рисунок 4
от толщины пленки. Поскольку взаимосвязь конструктивных (длины l,
ширины b, толщины h пленки) и технологических (ρ ) параметров тонко-         Если ΔТ мала, то N – мало, но они крупнее (зернистые или столбча-
пленочного резистора (ТПР) устанавливается уравнением:                    тые). Размер зерна меняет механические свойства. Так вязкость и пла-
             l          l                    ρ                            стичность растет, если зерно малое. Размер зерна зависит от химического
   R = ρ         = ρs ⋅   ,        ρs =
           b ⋅ h        bгде         h – сопротивление квадрата (или      состава, наличия примесей.
удельное поверхностное сопротивление), то примем традиционные обо-           Форма кристаллов различна в зависимости от скорости охлаждения,
значения ρ вместо ρs и αρ вместо αρs.                                     характера и количества примесей. Чаще они имеют разветвленную форму
                                                                          (дендриты). Их можно обнаружить при специальном травлении шлифов
                αρ .103,K-1                                lg ρ ,Ом/      особенно у литого металла (сплава). Столбчатые кристаллы нежелательны
                                                                          для стали, так как при ковке и других операциях возможны трещины.
                                                                          Многие металлы в зависимости от температуры могут иметь разные кри-
                                                                          сталлические формы (полиморфные модификации).
               30
                     I        II                                  αρ                7. Полиморфные или аллотропические модификации
               20                                                            Устойчивые модификации при более низкой температуре, часто обо-
                                     III
               10                                                  ρ      значают α, при более высокой β, γ, так Feα – Feγ.
                                                           IV                Полиморфизм объясняется уменьшением энергии Гиббса. Полиморф-
               0         10        20            30   40        50        ное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех
                                                                  h,нм    свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплостойкости, тепло-
              -10
              -20                                                         проводности, γ, магнитных свойств, химических и механических свойств.
           Рисунок 11 Характер изменения αρ и ρ от толщины пленки h          Превращения из одной формы в другую при нагреве чистого металла
                                                                          сопровождаются поглощением тепла и происходят при постоянной темпе-
                                                                          ратуре (рисунок 5).
    Рост металлических пленок сопровождается четырьмя стадиями [6]:
    I – образование и рост островков металла (механизмы, ответственные
за перенос заряда – термоэлектронная эмиссия и туннелирование электро-
нов, расположенных выше уровня Ферми. Поверхностное сопротивление
участков подложки, где нет металлической пленки, с ростом температуры
падает, что обуславливает отрицательный αρ пленок малой толщины);
    II – касание островков между собой (момент смены знака у αρ зависит
от рода металла, условий формирования пленки, концентрации примесей,
состояния поверхности подложки);
    III – образование проводящей сетки, когда уменьшаются размеры и

                                        22                                                                  11