ТЕСТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Областью применения предлагаемой полезной модели является микроэлектроника, а именно - устройство для контроля качества при производстве кремниевых конденсаторов.
Для проверки последовательного сопротивления конденсатора в качестве тестового элемента используется рабочий конденсатор (см., например, «Конденсаторы с низким ESR. Что же это такое?» из журнала «ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ», выпуск 1, 2002 г., стр. 24-26).
Определение последовательного сопротивления проводят при помощи рабочего конденсатора путем подключения к нему источника частоты с собственным сопротивлением более 50 Ом. Недостатком этого является то, что проверку последовательного сопротивления нельзя провести до окончания процесса изготовления конденсатора.
Наиболее близким к предлагаемому является тестовый элемент для проверки последовательного сопротивления конденсатора, состоящий из кремниевой подложки, верхней и нижней обкладок, слоя изолирующего диэлектрика между ними и контактных площадок (см., например, «High-Density, Low-Loss MOS Capacitors for Integrated RF Decoupling)) из журнала «The International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging)), том 24, номер 3, 2001 г., стр. 187-195).
Недостатком данного тестового элемента является то, что при массовом производстве кремниевых конденсаторов требуется специальная сборка тестового элемента и длительный контроль, что не оперативно. Также невозможно определение последовательного сопротивления до разделения кремниевой пластины на кристаллы из-за влияния паразитных емкостей и индуктивности.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение качества и оперативности контроля.
Указанный результат достигается тем, что в отличие от известного, в предлагаемом тестовом элементе для проверки последовательного сопротивления конденсатора, состоящего из кремниевой подложки, верхней и нижней обкладок, слоя изолирующего диэлектрика между ними и контактных площадок, верхняя обкладка закорочена с нижней в самом дальнем месте от контактной площадки.
При такой конфигурации закоротки верхней обкладки с нижней путь тока максимальный, вклад в сопротивление обкладок наибольший, и сопротивление обкладок коррелирует с последовательным сопротивлением конденсатора на высокой частоте.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. Конструкция предлагаемого тестового элемента представлена на фиг. 1, 3 (вид сверху) и на фиг. 2, 4 (разрез), на фиг. 5, 6 представлены схемы оценки последовательного сопротивления конденсатора.
Позициями на фиг. 1-6 обозначены:
1 - кремниевая подложка;
2 - слой изолирующего диэлектрика;
3 - верхняя обкладка конденсатора;
4 - слой защитного диэлектрика;
5 - контактная площадка верхней обкладки;
6 - контакт между верхней и нижней обкладками;
7 - омический контакт к нижней обкладке;
8 - контактная площадка нижней обкладки;
9 - граница верхней обкладки конденсатора;
10 - источник тока;
11 - амперметр;
12 - вольтметр.
Предлагаемая полезная модель может иметь два варианта конструкции и состоять из: 1) кремниевой подложки 1 со слоем изолирующего диэлектрика 2 на рабочей стороне заданной конфигурации со сформированными контактами 6; слоя металлизации, образующего верхнею обкладку конденсатора 3; слоя защитного диэлектрика 4; контактной площадки верхней обкладки 5; слоя металлизации на обратной стороне кремниевой подложки, образующего омический контакт к нижней обкладке 7 (см. фиг. 1-2); 2) кремниевой подложки 1 со слоем изолирующего диэлектрика 2 на рабочей стороне заданной конфигурации со сформированными контактами 6; слоя металлизации, образующего верхнею обкладку конденсатора 3 и омический контакт к нижней обкладке 7; слоя защитного диэлектрика 4; контактной площадки верхней обкладки 5 и контактной площадки нижней обкладки 8 (см. фиг. 3-4). В случае варианта 2 для уменьшения последовательного сопротивления конденсатора его топологию выполняют удлиненной с соотношением сторон от 3:1 до 10:1.
Указанный тестовый элемент можно изготовить вместе с рабочими кристаллами конденсаторов на одной пластине следующим образом: на кремниевой монокристаллической подложке 1 ориентации (111), легированной мышьяком до сопротивления 0,003 Ом*см, выращивают слой изолирующего диэлектрика 2 плазмохимического нитрида кремния, толщиной 0,6 мкм; затем в нем вытравливают контактные окна 6; методом магнетронного напыления наносят верхнюю обкладку конденсатора 3 или 7 в виде слоя алюминия, толщиной 2,5 мкм, методом фотолитографии формируют требуемую конфигурацию металлизации; далее наносят слой защитного диэлектрика 4 полиимида, толщиной 6 мкм, и вытравливают контактные площадки к металлизации 5 или 8. В случае конструкции тестового элемента, представленного на фиг. 1-2, далее на обратной стороне пластины формируют омический контакт к нижней обкладке 7, напыляя слой золота толщиной 0,5 мкм и вжигая при температуре 450°С в течение 10 минут.
Для оценки последовательного сопротивления на контактные площадки 5, 7 или 5, 8 подают ток до 0,5 А от источника тока 10, контролируя значение тока амперметром 11, и измеряют напряжение вольтметром 12.
В таблице 1 приведено сравнение последовательного сопротивления тестового элемента-прототипа и предлагаемого тестового элемента. Как видно из таблицы, последовательное сопротивление предлагаемого тестового элемента несколько меньше, чем у тестового элемента-прототипа, за счет отсутствия потерь в диэлектрике.