СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОПЛАТ С МНОГОУРОВНЕВОЙ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
METHOD FOR MANUFACTURING OF MICROCIRCUIT BOARDS WITH MULTI-LEVEL THIN-FILM COMMUTATION

Изобретение относится к области гибридной микроэлектроники и может быть использовано для создания микроплат с многоуровневой тонкопленочной коммутацией.
Одной из основных проблем создания микроплат с многоуровневой коммутацией является получение надежного низкоомного контакта между уровнями.
Известен способ изготовления микроплат с многоуровневой коммутацией, в котором для получения надежного контакта используют способ формирования контактных столбиков путем облуживания медных площадок припоем ПОСМ-61. Способ включает в себя нанесение на подложку из стали структуры V-Cu-V-Al методом ионно-плазменного распыления (V - адгезионный подслой, Аl - защитная пленка, Cu -проводящая пленка первого уровня), формирование методом селективной фотолитографии проводников 1-го слоя с использованием позитивного фоторезиста ФП-383, а с помощью негативного фоторезиста ФН-11 защитной маски с окнами для переходных контактных столбиков, выполнение переходных окон к проводящей пленке 1-го слоя травлением нижележащих слоев Аl и V. Затем через переходные окна проводят предварительное облуживание медных контактных площадок в ванне припоем ПОСМ-61 при температуре 260±10°С. Затем методом термического испарения наносят диэлектрическую пленку моноокиси кремния и подложку вновь подвергают облуживанию, погружая ее в ванну с припоем ПОСМ-61. В результате расплавления столбиков из припоя происходит разрыв диэлектрика над столбиками и их наращивание. После чего напыляют V-Cu-V-Al для получения второго уровня металлизации с фотолитографическим формированием рисунка проводников второго уровня коммутации (а.с. №1358777, Н05К 3/46, 1996 г.).
Недостатками этого способа изготовления микроплат с многоуровневой коммутацией является сложность процесса и большая вероятность внесения дефектов при обработке припоем.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ, взятый в качестве прототипа, в котором для получения планарной структуры проводят гальваническое наращивание меди. Способ включает в себя последовательное вакуумное осаждение на керамическую подложку слоев ванадий-медь-ванадий и формирование нижнего уровня коммутации фотолитографией, нанесение технологического слоя ванадия и формирование в нем окон на участках межслойной изоляции, которую формируют нанесением слоя полиимида, вскрытие в нем окон для межслойных переходов и последующее удаление технологического слоя ванадия с помощью селективного травления, после чего производят последовательное вакуумное осаждение сплошных слоев ванадия и меди с гальваническим наращиванием слоя меди и последующее формирование рисунка проводников верхнего уровня коммутации с помощью фотолитографии (патент РФ №2040131, Н05К 3/46, опубликован в 1995 г.).
Недостатком данного способа является низкая коммутационная способность, т.е. при всей сложности технологического процесса способ позволяет формировать только два коммутационных уровня.
Технический результат предлагаемого изобретения - расширение технологических возможностей и увеличение коммутационной способности микроплат с многоуровневой коммутацией.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления микроплат с многоуровневой тонкопленочной коммутацией, включающем формирование на подложке из керамики проводников первого уровня ванадий-медь-никель путем вакуумного напыления с последующим фотолитографическим травлением, нанесение изоляционного слоя, вскрытие в нем окон под межуровневые контакты, формирование межуровневой коммутации титан-медь-титан и проводников второго уровня титан-медь-титан, формирование конструктивной защиты, после вскрытия окон под межуровневые контакты стравливают пленку никеля и химически осаждают в окна тонкий слой олова на медь, после чего путем вакуумного напыления через магнитную маску с топологическим рисунком межуровневой коммутации осаждают пленки титан-медь-титан до получения планарной структуры.
На чертеже изображен предлагаемый технологический процесс, где введены следующие обозначения: 1 - подложка из керамики; 2 - вакуумная медь; 3 - вакуумный никель; 4 - вакуумный ванадий; 5 - химическое олово; 6 - вакуумный титан; 7 - межслойная изоляция (полиимидный лак); 8 - защитное покрытие.
Предлагаемый способ изготовления микроплат с многоуровневой коммутацией содержит следующие операции:
1. Очистка подложки из керамики типа «Поликор» (чертеж,а).
2. Напыление сплошной пленки ванадий-медь-никель толщиной 1,0-3,0 мкм методом вакуумного напыления (чертеж,б).
3. Формирование топологии проводников первого уровня методом фотолитографии (чертеж,в).
4. Нанесение изоляционного слоя (например, полиимидного лака АД-9103) толщиной (6,0-7,0) мкм методом центрифугирования (чертеж,г).
5. Сушка изоляционного слоя ступенчато: при температуре 60°С в течение 10 мин, при температуре 80°С в течение 10 мин, при температуре 100°С в течение 10 мин, при температуре 120°С в течение 30 мин.
6. Имидизация изоляционного слоя в вакуумной установке при температуре 320°С.
7. Вскрытие окон в изоляционном слое методом фотолитографии (чертеж, д).
8. Травление пленки никеля в контактных окнах (чертеж,е).
9. Химическое осаждение олова в контактные окна (чертеж,ж).
10. Напыление межуровневой коммутации титан-медь-титан толщиной (5-6) мкм через магнитную маску (чертеж,з).
11. Напыление проводников второго уровня титан-медь-титан толщиной (3,0-4,5) мкм через магнитную маску (чертеж,и).
12. При формировании проводников следующего уровня операции 4-11 повторить.
13. Формирование конструктивной защиты (чертеж,к).
14. Контроль электрофизических параметров.
В предлагаемом способе формируются сплошные изоляционные слои, что расширяет возможности проектирования сложных микроплат с многоуровневой коммутацией, соединение проводников разных уровней осуществляется через вскрытые контактные окна, а для получения надежных контактов и обеспечения планарности рельефа контактные окна заполняются металлом. Для заполнения контактных окон металлом, в отличие от прототипа, в котором используется гальваническое наращивание меди, применяется «сухой» метод заполнения окон металлом - метод вакуумного осаждения пленок титан-медь-титан через магнитные маски. Использование магнитных масок для формирования структур позволяет повысить надежность межуровневых контактов, так как исключаются такие дефекты, как невымываемые вкрапления травителя, получаемые при использовании жидкостных методов. Совмещение магнитных масок с рисунком подложки проводится с помощью специального приспособления с микровинтами, позволяющего осуществить точное совмещение и плотное прижатие маски к подложке за счет магнитных сил. Точность совмещения составляет ±10 мкм. Перед напылением для исключения окисных пленок стравливают в контактных окнах пленку никеля и химически высаживают олово толщиной 1 мкм. Проводники второго и следующих уровней формируются также напылением через магнитные маски.
Предлагаемый способ позволил изготовить микроплаты с 4 уровнями коммутации, которые имеют следующие характеристики:
- удельное поверхностное сопротивление проводников - 0,02 Ом/.
- переходное сопротивление - 0,07 Ом,
- сопротивление изоляции - более 100 МОм.
- напряжение пробоя - более 100 В.
Способ изготовления микроплат с многоуровневой тонкопленочной коммутацией реализуется при изготовлении микроузлов памяти повышенной информационной емкости по гибридной технологии.