Ионно-плазменное травление. Ионно-лучевое травление

Масочный процесс производства тонкопленочных коммутационных плат. Опишите последовательность операций масочного метода формирования конфигураций элементов коммутационной платы, содержащей резисторы, проводники, пересечения пленочных проводников и конденсаторы.

Фотолитографический процесс производства тонкопленочных коммутационных плат. Опишите последовательность операций фотолитографического метода формирования элементов конфигураций коммутационной платы, содержащей резисторы и проводники.

Этапы технологического процесса формирования многоуровневых межсоединений толстопленочной коммутационной платы.

Для пояснения сущности процесса воспользуемся рис. 7.30. Вместо циклов «осаждение тонкой пленки в вакууме — фотолитография» в дан­ном случае используются циклы «нанесение пасты через трафарет — сушка — вжигание», а подложку заменяют на керамическую — термо­стойкий прочный материал.

Для формирования многоуровневой системы используют проводя­щую и диэлектрическую пасты. Поскольку толщина межслойной изоля­ции в 2—3 раза превышает толщину проводящего слоя, для получения качественных контактных переходов проводят предварительно одно- или двукратное нанесение проводящей пасты в окна изолирующего слоя по циклу «нанесение пасты через трафарет — сушка» (без вжигания). На заключительном этапе изготовления платы аналогичный прием исполь­зуют для формирования монтажных площадок, которые впоследствии облуживают лудящей пастой.

Следует подчеркнуть, что в многоуровневых системах вжигание паст в керамику происходит лишь на границе нижнего проводящего и нижнего изолирующего слоев с подложкой. Прочность сцепления последующих сло­ев друг с другом обеспечивается за счет расплавления в них низкотемпера­турного стекла и затем отвердения.

Формирование слоев (уровней) тонкопленочной платы выполняется на общей подложке из электроизолирующего материала (ситалл, поликор и др.) путем повторяющихся циклов осаждение тонкой пленки в вакууме — фотолитография. Из рис. 7.30 следует, что осажденный сплошной слой электропроводящего металла (чаще всего алюминия) после фотолитографии превращается в систему проводников, перпендикулярных плоскости черте­жа. В этой системе предусматривают расширенные площадки для контакт­ных переходов на следующий уровень. В осажденном затем в вакууме изо­лирующем слое с помощью фотолитографии получают окна для контактных переходов, и вновь осаждается электропроводящий слой, в котором фотоли­тографией формируют систему проводников, ортогональных к нижележа­щим. При этом через окна в изоли­рующем слое создается контактный переход. Эти циклы повторяются вплоть до последнего, верхнего уровня металлизации. В последнем изолирующем слое вскрываются Рис 7.30. Структура тонкопленочной лишь окна над монтажными пло-коммутационной платы (нижние уровни) щадками: для электромонтажа компонентов и периферийными площадками для монтажа микросборки в целом в модуле следующего уровня (например, на ГШ ячейки).

Нетрудно заметить, что с первого же цикла обработки в многоуровне­вой системе возникает и развивается рельеф, создающий ступеньки в изоли­рующих и проводящих слоях (на рис. 7.30 отмечены кружками). Эти участ­ки являются потенциальной причиной отказа: в первом случае — пробоя изоляции, во втором — разрушения проводника.

Сохранение плоскостности покрытий на каждом этапе обработки обеспечивает применение в качестве изолирующих слоев оксида алюминия (АЬОз), получаемого путем окисления алюминиевого покрытия в электро­лите. В зависимости от режимов электролитического окисления (анодиро­вания) можно с малой скоростью роста получить пленку оксида алюминия с высокими электрическими свойствами или ускоренно получить пленку с пониженными электрическими свойствами. В первом случае плотную плен­ку получают на мягких режимах (малые плотности тока) и используют для изоляции смежных уровней проводников. Во втором случае пористую плен­ку формируют на форсированных режимах (высокие плотности тока) и ис­пользуют для изоляции соседних проводников одного уровня, причем сни­жение пробивной напряженности пленки компенсируется увеличением толщины (точнее — ширины) пленки (U^=E^ d).

На рис. 7.31 показана последовательность формирования первого цикла обработки. После осаждения на подложку 1 сплошного слоя алюми­ния 2 на поверхности формируют фотомаску 3, рисунок которой соответст­вует рисунку промежутков между будущими проводниками. Вы­полнив на мягких режимах изби­рательное анодирование алюми­ния, получают тонкий (около 0,2 мкм) и плотный слой 4 А1₂0з (рис. 7.31, а). Далее (рис. 7.31, б) фото­маску удаляют и выполняют ано­дирование на форсированных ре­жимах на всю толщину пленки 5 (маской при этом служит тонкий плотный слой окисла). Путем фо­толитографии (рис. 7.31, в) уда- _{Рис> 7}л. Последовательность формирова-ляют участки тонкого окисла, не ния коммутационной платы на основе ано-защищенные фотомаской б, для дарованного алюминия (нижние уровни)

создания контактных переходов и напыляют (рис. 7.31, г) следующий сплошной слой алюминия 7 (второй уровень металлизации). Затем описан­ный цикл повторяется.

17. Классификация технологических процессов изготовления коммутационных плат. Основные этапы изготовления коммутационных плат во всех типовых технологических процессах.

Коммутационная плата микросборки представляет собой миниатюр­ный аналог многослойной ПП. На поверхности коммутационных плат мон­тируются компоненты микросборки — бескорпусные интегральные МС (кристаллы), микроплаты с группой интегральных тонкопленочных рези­сторов (согласующих входы и выходы ИМС), одиночные объемные миниа­тюрные конденсаторы (в качестве развязывающих элементов). Высокая плотность монтажа требует и высокого разрешения коммутационного ри­сунка. В отличие от ПП его получают путем осаждения тонких пленок в ва­кууме с последующей фотолитографией, или по толстопленочной техноло­гии. Коммутационные проводники должны находиться на нижних уровнях платы, а на поверхность выходить только монтажные площадки для сварки или пайки выводов (перемычек) компонентов.

В зависимости от материала изолирующих слоев и способа их форми­рования коммутационные платы можно разделить на четыре типа: тонкоп­леночные с использованием осаждения в вакууме; тонкопленочные с ис­пользованием окисления алюминия в электролите (анодирование); толсто­пленочные; на основе многослойной керамики.

Формирование слоев (уровней) тонкопленочной платы выполняется на общей подложке из электроизолирующего материала (ситалл, поликор и др.) путем повторяющихся циклов осаждение тонкой пленки в вакууме — фотолитография. Из рис. 7.30 следует, что осажденный сплошной слой электропроводящего металла (чаще всего алюминия) после фотолитографии превращается в систему проводников, перпендикулярных плоскости черте­жа. В этой системе предусматривают расширенные площадки для контакт­ных переходов на следующий уровень. В осажденном затем в вакууме изо­лирующем слое с помощью фотолитографии получают окна для контактных переходов, и вновь осаждается электропроводящий слой, в котором фотоли­тографией формируют систему проводников, ортогональных к нижележа­щим. При этом через окна в изоли­рующем слое создается контактный переход. Эти циклы повторяются вплоть до последнего, верхнего уровня металлизации. В последнем изолирующем слое вскрываются Рис 7.30. Структура тонкопленочной лишь окна над монтажными пло-коммутационной платы (нижние уровни) щадками: для электромонтажа компонентов и периферийными площадками для монтажа микросборки в целом в модуле следующего уровня (например, на ГШ ячейки).

Нетрудно заметить, что с первого же цикла обработки в многоуровне­вой системе возникает и развивается рельеф, создающий ступеньки в изоли­рующих и проводящих слоях (на рис. 7.30 отмечены кружками). Эти участ­ки являются потенциальной причиной отказа: в первом случае — пробоя изоляции, во втором — разрушения проводника.

Как ионно-плазменное, так и ионно-лучевое травление основаны на использовании образующихся в процессе разряда высокоэнергетических (>=500 эВ) ионов инертного газа, например Аг+. Ионно-плазменное травление проще всего осуществить в высокочастотной диодной системе, схема которой представлена на рис. 1. Материал, подвергаемый травлению, закрепляется на запитываемом электроде и бомбардируется притягиваемыми из плазмы ионами.

1 - Рабочий газ

2 - К насосу

3 - Подложка

4 - Катод

5 - Заземленный экран

6 - Источник ВЧ-напряжения

Рис. 1. Высокочастотная диодная система для реактивного ионного травления.

(запитываемый электрод является катодом, а все остальные внутренние заземленные части реактора - анодом; при этом площадь катода намного меньше площади анода. Плазма не удерживается и занимает весь объем камеры. Заземленный экран предотвращает распыление защищаемых им участков поверхности запитываемого электрода).

Если отношение поверхности катода к заземленной поверхности достаточно мало, то наибольшее падение напряжения осуществляется на ионной оболочке катода. Направление вектора электрического поля в районе ионной оболочки перпендикулярно поверхности катода, поэтому при типичных рабочих давлениях (1,33-13,3 Па) ионы падают па поверхность под прямым углом, и, следовательно, степень анизотропии травления очень высока.

В методе ионно-лучевого травления источником ионов обычно является разряд постоянного тока, ограничиваемый магнитным полом, причем область разряда физически отделена от стравливаемой подложки системой сеток (электродов), на которые подаются потенциалы смещения, обеспечивающие экстрагирование ионного пучка (обычно Аг+) из разряда. Для обеспечения используемых па практике плотностей тока лучка (<= 1 мА/см2) требуется прикладывать напряжение (сообщать нонам энергию) свыше 500 В. Обычно пучок хорошо коллимирован, поэтому угол его падения на поверхность подложки можно регулировать наклоном подложкодержателя. Для нейтрализации ионного пучка на его пути размещается разогреваемая нить накала, инжектирующая в пучок электроны низких энергий.

Хотя и ионно-плазменное, и ионно-лучевое травление обеспечивают в потенциале высокое разрешение, они не получили широкого применения в технологии СБИС. Основной причиной этого является неудовлетворительная селективность.

Дата добавления: 2015-04-24