СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПРИБОРА СВЧ Российский патент 1997 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления гибридных интегральных приборов СВЧ.

Для построения радиолокационных станций с активными фазированными антенными решетками необходимо большое количество идентичных интегральных приборов СВЧ, имеющие малый вес и габариты, высокую повторяемость и надежность, а также низкую стоимость.

Современные интегральные приборы СВЧ выполняются в виде тонкопленочной структуры, содержащей тонкопленочные конденсаторы, резисторы, индуктивные элементы, межсоединения, контактные площадки и навесные активные элементы.

Наиболее ненадежным элементом тонкопленочной структуры являются МОМ-конденсаторы и межсоединения, представляющие собой: две обкладки из проводящего материала, разделенные слоем диэлектрика. Основной причиной отказа МОМ-конденсаторов является пробой между обкладками, происходящий преимущественно на ступеньке, по линии пересечения верхней обкладки с нижней. Это с связано с пониженной толщиной диэлектрика на ступеньке и высокой изрезанностью края нижней обкладки за счет ее травления при проведении фотолитографической операции.

Аналогичная картина наблюдается и просто при пересечении нижнего проводника с верхним.

Поэтому важную роль в повышении надежности интегрального прибора играют межсоединения, обеспечивающие соединение верхней обкладки конденсатора со схемой, и межпересечения проводников.

Известен способ изготовления интегрального прибора СВЧ, в котором для повышения процента выхода годных межсоединений используется двухслойный диэлектрик [1]
Однако повышение толщины диэлектрического слоя нежелательно, так как это приводит к уменьшению удельной емкости конденсаторов и увеличению площади, занимаемой интегральным прибором.

Известен способ изготовления интегрального прибора СВЧ, в котором для повышения процента выхода годных межсоединений под ними формируется слой полиамида [2]
Недостатком этого способа является низкая технологичность полиамидной пленки и резкая ступенька на краю пленки, как неизбежный результат ее травления в плазме. Из-за резкой ступеньки уменьшена толщина металлизации на ступеньке и велика вероятность разрыва металлизации.

Поэтому такой способ не обеспечивает высокого процента выхода годных межсоединений, а следовательно, и интегральных приборов СВЧ.

Известен также способ изготовления интегрального прибора, являющийся прототипом, в котором на подложке с тонкопленочными проводниками и защитным слоем диэлектрика (Si₃N₄) формируют маску из фоторезиста и вытравливают в диэлектрике окна к нижней металлизации. После этого с помощью электрического осаждения золота наращивают слой золота в окнах до уровня поверхности маски из фоторезиста, в результате формируют контактные столбики.

Далее, не удаляя фоторезиста, напыляют тонкий слой металла (золота) на электролитически осажденный слой золота. Далее создают вторую маску из фоторезиста и формируют в ней окна на участках между полученными контактными столбиками. Затем, не удаляя фоторезиста, с помощью электролитического осаждения золота, наращивают слой золота в открытые окна. После этого сначала снимают вторую маску из фоторезиста, удаляют тонкий напыленный слой золота и первую маску из фоторезиста. В результате этого процесса формируются нависающие над поверхностью слоя диэлектрика межсоединения [3]
Золочение через маску фоторезиста приводит к загрязнению электролита фоторезистом, ухудшению адгезии золотого покрытия к нижнему уровню металлизации, повышению переходного сопротивления, снижению надежности и процента выхода годных межсоединений и соответственно выхода годных приборов СВЧ.

Кроме того, описанный процесс длительный.

Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных приборов путем повышения надежности межсоединений.

Результат достигается тем, что известный способ изготовления интегрального прибора СВЧ включает формирование нижнего уровня металлизации, формирование диэлектрического слоя и вскрытие окон в нем для соединения нижнего уровня металлизации с верхним, формирование верхнего уровня металлизации, после формирования диэлектрического слоя и вскрытия окон в нем фоторезист снимают, а перед формированием верхнего слоя уровня металлизации формируют полоски из фоторезиста по линиям пересечения верхнего уровня металлизации с нижним, причем после задубливания фоторезиста проводят его ступенчатый прогрев при температурах 200-210^oC, 400-410^oC в течение 20-25 мин на каждой ступени.

Снятие фоторезиста перед формированием верхнего уровня металлизации позволяет в процессе снятия фоторезиста очистить рабочую поверхность пластины и тем самым улучшить адгезию напыленного слоя верхней металлизации.

Формирование полосок из фоторезиста по линиями пересечения верхнего уровня металлизации с нижним и ступенчатый прогрев фоторезиста после его задубливания позволяют проводить последующее напыление верхней металлизации при высоких температурах, что также увеличивает адгезию напыленного слоя верхней металлизации, а гальваническое осаждение золота по свеженапыленному слою металлизации дает хорошую адгезию золота, что в совокупности обеспечивает качественное травление слоя верхней металлизации и хороший выход годных интегральных приборов СВЧ.

При формировании фоторезистивных покрытий равновесие полимерных систем определяется содержанием растворителя в пленке. При подводе температуры происходит испарение растворителя. Ступенчатый температурный прогрев обеспечивает плавный процесс удаления растворителя из пленки фоторезиста и дает возможность макромолекулам перейти в устойчивое равновесное состояние, т.е. это такие условия, при которых успевают проходить релаксационные процессы, увеличивающие адгезию покрытия и уменьшающие внутренние напряжения, а следовательно, получение качественного покрытия.

Прогрев фоторезиста на первой ступени при температуре 200-210^oC обеспечивает исключение разрыва металлизации по линии пересечения верхнего слоя уровня металлизации с нижним, благодаря опыливанию края маски фоторезиста, в результате чего образуются плавные переходы по линиям межсоединений, а также происходит дополнительное задубливание фоторезиста для проведения прогрева его при более высокой температуре на второй ступени.

Прогрев фоторезиста на второй ступени при температуре 400-410^oС приводит к дальнейшему задубливанию фоторезиста и позволяет ему выдерживать высокие температуры порядка 340^oC при вакуумном напылении верхней металлизации, не выделяя при этом газов и не подвергаясь деформации, что еще более увеличивает адгезию верхнего слоя к нижнему.

Прогрев фоторезиста первой степени при температуре ниже 200^oC нежелателен, так как не происходит полного оплывания края маски фоторезиста.

Прогрев фоторезиста на первой ступени при температуре выше 210^oC также не допустим, так как резист растекается, уходят геометрические размеры сформированных полосок из фоторезиста.

Прогрев фоторезиста на второй ступени при температуре ниже 400^oC не имеет смысла, так как верхнюю металлизацию (Al, Ni, Au) напыляют при более высоких температурах.

Прогрев фоторезиста на второй ступени при температурах выше 410^oC недопустим, так как происходит ухудшение электрических параметров интегрального прибора СВЧ.

Прогрев фоторезиста на каждой ступени в течение времени менее 20 минут нежелателен, так как не установится еще полное равновесие в системе.

Прогрев фоторезиста в течение времени более 25 минут не имеет смысла, так как равновесие в системе установлено.

На фиг. 1, (а-з) дана для сравнения технология изготовления интегрального прибора по способу прототипа;
на фиг. 2, (а-е) технология изготовления интегрального прибора СВЧ по предлагаемому способу.

Пример 1. Способ изготовления интегрального прибора СВЧ показан при изготовлении малошумящего усилителя тpехсантиметрового диапазона.

Берут подложку из сапфира и формируют на ней нижний уровень металлизации, для чего на очищенную сапфировую подложку на установке вакуумного напыления типа УРМ3.279.011 напыляют последовательно в одном технологическом цикле слои хрома 100 Ом/□ и алюминия толщиной 0,8 1,0 мкм при температуре подложки 200^oC.

Затем проводят первую фотолитографию, с помощью которой формируют нижние обкладки конденсатора, проводники. При этом слои хрома и алюминия протравливают насквозь. Затем проводят вторую фотолитографию, с помощью которой формируют резисторы, т.е. методом травления удаляют слой алюминия до хрома между контактными площадками резистора (фиг. 2,а). Далее формируют диэлектрический слой, для этого на сформированный нижний уровень металлизации на вакуумной установке напыления типа УРМ3.279.014 напыляют диэлектрический слой SiO₂ толщиной 0,3-0,4 мкм при температуре 150^oC.

Затем с помощью третьей фотолитографии в диэлектрике в местах соединения верхнего уровня металлизации с нижним формируют окна, в которых методом травления слой диэлектрика удаляют до алюминия (фиг. 2,б).

После этого фоторезист снимают.

Затем формируют полоски из фоторезиста по линиям пересечения верхнего уровня металлизации с нижним, для чего наносят фоторезист толщиной 1,0 1,5 мкм, проводят четвертую фотолитографию, с помощью которой формируют полоски из фоторезиста, затем проводят задубливание фоторезиста при температурах 120-150^oC, после чего проводят ступенчатый прогрев фоторезиста при температуре на первой ступени равной 205^oC в течение времени равного 22 мин при температуре на второй ступени равной 405^oC в течение времени, равного 22 мин (фиг. 2,в).

Далее формируют верхний уровень металлизации, для чего на всю поверхность пластины напыляют в одном технологическом процессе слои алюминия толщиной 2 мкм и никеля толщиной 0,2-0,3 мкм при температуре 340^oC на установке вакуумного напыления типа УРМ3.279.011 (фиг. 2,г). После этого по никелю наращивают гальваническое золото толщиной 2-3 мкм (фиг. 2,д).

Далее проводят пятую фотолитографию, протравливают последовательно слои золота, никеля, алюминия, и фоторезист снимают (фиг. 2,е).

Пластину разделяют на отдельные приборы с помощью лазерного скрайбера ЭМ-210.

Примеры 2-5.

Изготовление интегрального прибора СВЧ ведут так же, как в примере 1, но при температурах прогрева фоторезиста и времени прогрева на каждой ступени, указанной в формуле изобретения, а также при значениях, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения.

Изготовленные усилители были переданы на испытания. Акт испытаний прилагается.

Предлагаемый способ изготовления позволит повысить процент выхода годных интегральных приборов СВЧ путем повышения надежности межсоединений с 3% до 30% Кроме того, обеспечивая такой процент выхода годных, данный способ позволяет использовать его в групповой технологии изготовления приборов СВЧ.

Изобретение может быть использовано для создания широкого класса интегральных приборов СВЧ (усилителей, смесителей, преобразователей, генераторов и т.д.) на бескорпусных полевых и биполярных транизисторах СВЧ.

Использование: изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления интегральных приборов СВЧ. Сущность изобретения: перед формированием верхнего уровня металлизации формируют полоски из фоторезиста по линиям пересечения верхнего уровня металлизации с нижним, причем после задубливания фоторезиста проводят его ступенчатый прогрев при температурах 200 - 210^oC и 400 - 410^oC в течение времени 20 - 25 мин на каждой ступени. 2 ил.

Способ изготовления интегральных приборов СВЧ, включающий формирование нижнего уровня металлизации и слоя диэлектрика, вскрытие в нем с помощью фотолитографии контактных окон и формирование верхнего уровня металлизации, отличающийся тем, что, с целью повышения процента выхода годных приборов путем повышения надежности межсоединений, после вскрытия контактных окон в слое диэлектрика фоторезист снимают, формируют полоски из фоторезистора по линиям пересечения верхнего и нижнего уровней металлизации, причем после задубливания фоторезиста проводят его ступенчатый прогрев при 200 210 и 400-410^oС в течение 20 25 мин на каждой ступени.