§ 5.5. Изготовление гибридных интегральных схем свч

При изготовлении гибридных интегральных схем СВЧ (ГИССВЧ) активные приборы (транзисторы, дио­ды) выполняются в виде навесных элементов и присое­диняются к проводникам пассивных пленочных цепей. Пассивные элементы ГИССВЧ: конденсаторы, индуктив­ности, резисторы — изготовляются на общей подложке и мог.ут быть как распределенными, так и сосредоточен­ными. Для изготовления пассивных элементов использу­ется реактивное катодное распылейие на постоянном токе с осаждением на всю подложку с последующим галь­ваническим наращиванием или избриательным травле­нием. Реактивное катодное распыление позволяет со­здать на подложке все пассивные элементы схемы путем комбинации в различной последовательности одних и тех же операций — распыления тантала в кислороде (ТагО'б) или азоте (TaN), анодирования тантала, напыления сло­ев хрома и золота, фотолитографии по различным сло­ям, электрохимического наращивания слоев золота.

При нанесении проводников на подложку вначале осаждается слой тантала (рис. 5.13,а), затем наносится маска из фоторезиста (рис. 5.13,6), тантал травится (рис. 5.14, в), а фоторезист удаляется (рис. 5.13,г). Пос­ле этого на всю поверхность подложки наносится слой хрома и золота (рис. 5.13, д), маска из фоторезиста (рис. 5.13, е) и производится гальваническое осаждение золота на незащищенные маской участки (рис. 5.13,ж). После удаления фоторезиста слой хрома и золота тра­вится и на поверхности диэлектрической подложки оста­ется многослойный проводник (рис. 5.13, з).

Резисторы ГИССВЧ получают из тантала, нитрида тантала или хромоникелевых пленок. В схемах, где при­меняются конденсаторы на основе окиси тантала, пред­почтительно использовать для создания резисторов тан­тал, так как этапы создания резисторов и конденсаторов будут выполняться одновременно и резистивные элемен­ты могут быть покрыты защитным слоем окиси тантала. Никельхромовые пленочные резисторы защищают слоем напыленной моноокиси кремния, это улучшает стабиль­ность их характеристик во времени.

Для получения сопротивления требуемой величины используют анодирование слоя нитрида тантала. Толщи­на проводящего слоя изменяется за счет образования на поверхности слоя пятиокиси тантала. Обычно вначале получают сопротивление, равное 20—30 ом/мм², затем при помощи анодирования — сопротивление требуемой величины. При этом пятиокись тантала будет и защит­ным покрытием.

Для создания контактных площадок на поверхность резистивного слоя наносится слой хрома и золота, на ко­торый осаждается материал проводника.

На рис. 5.14 приведена последовательность операций при создании тонкопленочных резисторов: а — нанесение пленки нитрида тантала; б — нанесение маски из фото­резиста; в — травление пленки нитрида тантала; г — уда­ление фоторезиста; д — нанесение маски из фоторезиста и вскрытие областей анодирования; е — анодирование нитрида тантала; ж — удаление фоторезиста; з — напы­ление слоя хрома и золота; и — нанесение маски из фо­торезиста; к — вскрытие областей контактов; л — осаж­дение золота на области контактов; м — удаление фото­резиста и травление слоя хрома и золота.

Конденсаторы ГИССВЧ должны выполняться на ос­нове диэлектрических материалов, имеющих малый тан­генс угла диэлектрических потерь. В качестве диэлектри­ков используются моноокись кремния, имеющая доброт­ность около 30, а двуокись кремния — около 50. Емкость пленки двуокиси кремния составляет 30—80 пф/мм². Пленки моноокиси и двуокиси кремния можно получить термическим вакуумным испарением. Конденсаторы на основе пятиокиси тантала получают с использованием анодирования слоя нитрида тантала. Технологический процесс при этом предусматривает

создание нижней об­кладки конденсатора толщиной 1,5—2 мкм из алюминия, нанесение на нее слоя нитрида тантала, его анодирова­ние для получения диэлектрической пленки пятиокиси тантала и осаждение верхней обкладки из слоя хрома и золота. Порядок изготовления тонкопленочного конден-сатора схематически показан на рис. 5.15: а —напыле­ние алюминия на подложку; б — нанесение маски из фо­торезиста; в — травление алюминия; г — удаление фото­резиста; д — напыление тантала; е — нанесение маски из фоторезиста; ж~ травление тантала; з — удаление фоторезиста;

и — нанесение маски из фоторезиста и вскрытие областей анодирования тантала; к — анодиро­вание тантала для образования диэлектрика; л — удале­ние фоторезиста; м — напыление хрома и золота; н — нанесение маски из фоторезиста; о — гальваническое на­ращивание контактов и удаление фоторезиста; п — трав­ление слоя хрома и золота.

Пятиокись тантала имеет электрическую прочность, равную 6,5-1О⁶ в/см. Ее диэлектрическая постоянная равна 22, что затрудняет изготовление конденсаторов с величиной емкости, равной нескольким сотням микрофа­рад или менее. Размеры конденсатора можно увеличить до приемлемой величины добавлением пленки монооки­си кремния (е=6). Удельная емкость конденсатора ре­гулируется толщиной диэлектрика.

Схемы, содержащие конденсаторы, при изготовлении должвы иметь очень гладкую поверхность подложки, во избежание короткого замыкания между обкладками. При использовании в качестве диэлектрика керамики, которая пориста и не имеет гладкую поверхность, при­меняется глазурование тех участков ее поверхности, на которых будут изготовлёны конденсаторы.

Селективное глазурование ведется сектографией с последующей термообработкой подложки в тоннельной печи. В первой зоне обжига из глазури удаляются все летучие компоненты, во второй глазурь оплавляется.

Катушки индуктивности для ГИССВЧ представляют собой плоские спирали из металлической пленки с вы­сокой проводимостью. Спираль с толщиной проводника в 2-3 скин-слоя обладает высокой добротностью, даль­нейшее увеличение толщины снижает собственную резо­нансную частоту из-за дополнительной межвитковой ем­кости. Спираль изготовляется так же, как пленочный проводник (см. рис. 5.14). ч

Соединения с землей минимальной длины существен­ны в ГИССВС, получение их связано со сверлением от­верстий в подложке перед нанесением проводников. В процессе нанесения проводников стенки отверстия ме­таллизируются. Для сверления используется ультразвуко­вая обработка подложки свободным абразивом.

Технологический, процесс изготовления ГИССВЧ со­стоит в следующем. Подложка тщательно очищается и участки, предназначенные для конденсаторов, глазуру­ются. Затем на нее напыляется слой алюминия толщиной 1,5 мкм. Для избирательной металлизации поверх­ности подложки используется травление с применением микрофотолитографии. Алюминий остается на участках, предназначенных для конденсаторов. Затем на подлож­ку напыляется нитрид тантала (или тантал) до требуе­мой расчетной толщины для резистивных пленок и ди­электрика конденсаторов. Тантал избирательно удаля­ется с поверхности подложки. Его пленка остается на участках конденсаторов и резисторов. Резистивные уча­стки анодируются для получения требуемого сопротив­ления и защиты резисторов. После чего селективно ано­дируют участки конденсаторов и получают переходные отверстия в диэлектрической плате, на обе поверхности которой наносится затем тонкий слой хрома и золота. Толщина этой пленки около 1200 А. На поверхность подложки наносится фотомаска, открытыми остаются участки проводников, катушек индуктивности и контакт­ных площадок. Обе стороны пластины электролитически покрываются слоем золота толщиной от 4 до 10 мкм. Затем маска удаляется, слой хрома и золота стравлива­ется, и подложка проходит термообработку при 180° С в течение 40 ч для стабилизации свойств пленок. После термотреиировки ведется проверка сопротивления рези­сторов, тока утечки и емкости конденсаторов и защита поверхности ГИССВЧ от климатических воздействий. Каждая схема повторно проверяется по тем же парамет­рам, проходит визуальный контроль и передается на сборку.

Активными элементами для ГИССВЧ схем служат бескорпусные приборы, использующие барьер Шоттки, р-п-переход, р-г-п-структуру.

В низкочастотных цепях ГИССВЧ применяются и обычные транзисторы и диоды, а в качестве навесных — бескорпусные конденсаторы и толстопленочные резисто­ры. Так как пассивные элементы монтируются в схему с активными элементами, которые могут выйти из строя при температуре свыше 200° С, надо использовать такую технологию сборки, которая не требует^ нагревания схе­мы выше данной температуры. Для монтажа использу­ются способы соединения проводников, применяемые при производстве низкочастотных микросхем (термоком­прессия, точечная микросварка и т. д.). Навесной эле­мент приклеивается к диэлектрической подложке.