RU2076396C1 - Integrated microwave device manufacturing process - Google Patents
Integrated microwave device manufacturing process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2076396C1 RU2076396C1 SU873175715A SU3175715A RU2076396C1 RU 2076396 C1 RU2076396 C1 RU 2076396C1 SU 873175715 A SU873175715 A SU 873175715A SU 3175715 A SU3175715 A SU 3175715A RU 2076396 C1 RU2076396 C1 RU 2076396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photoresist
- metallization
- layer
- integrated
- stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления гибридных интегральных приборов СВЧ. The invention relates to electronic equipment, in particular to a technology for manufacturing hybrid integrated microwave devices.
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. To construct radar stations with active phased antenna arrays, a large number of identical microwave integrated devices are required, having low weight and dimensions, high repeatability and reliability, as well as low cost.
Современные интегральные приборы СВЧ выполняются в виде тонкопленочной структуры, содержащей тонкопленочные конденсаторы, резисторы, индуктивные элементы, межсоединения, контактные площадки и навесные активные элементы. Modern microwave integrated devices are made in the form of a thin-film structure containing thin-film capacitors, resistors, inductive elements, interconnects, pads and mounted active elements.
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. The most unreliable element of the thin-film structure are MOM capacitors and interconnects, which are: two plates of conductive material separated by a dielectric layer. The main reason for the failure of MOM capacitors is a breakdown between the plates, occurring mainly on the step, along the line of intersection of the upper plate with the lower one. This is due to the reduced thickness of the dielectric on the step and the high indentation of the edge of the lower plate due to its etching during the photolithographic operation.
Аналогичная картина наблюдается и просто при пересечении нижнего проводника с верхним. A similar picture is observed simply at the intersection of the lower conductor with the upper one.
Поэтому важную роль в повышении надежности интегрального прибора играют межсоединения, обеспечивающие соединение верхней обкладки конденсатора со схемой, и межпересечения проводников. Therefore, interconnections that provide the connection of the upper capacitor plate with the circuit and the intersection of conductors play an important role in increasing the reliability of the integrated device.
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.A known method of manufacturing an integrated microwave device, in which to increase the percentage of usable interconnects using a two-layer dielectric [1]
However, increasing the thickness of the dielectric layer is undesirable, since this leads to a decrease in the specific capacitance of the capacitors and an increase in the area occupied by the integrated device.
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.A known method of manufacturing an integrated microwave device, in which to increase the percentage of usable interconnects a layer of polyamide is formed under them [2]
The disadvantage of this method is the low processability of the polyamide film and a sharp step on the edge of the film, as an inevitable result of its etching in the plasma. Due to the sharp step, the thickness of the metallization on the step is reduced and there is a high probability of a metallization rupture.
Поэтому такой способ не обеспечивает высокого процента выхода годных межсоединений, а следовательно, и интегральных приборов СВЧ. Therefore, this method does not provide a high percentage of usable interconnects, and therefore, microwave integrated devices.
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.There is also known a method of manufacturing an integrated device, which is a prototype in which a mask of photoresist is formed on a substrate with thin-film conductors and a protective layer of dielectric (Si 3 N 4 ) and etched in the dielectric of the window to lower metallization. After that, using the electric deposition of gold, a layer of gold in the windows is increased to the surface level of the photoresist mask, as a result, contact bars are formed.
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.Further, without removing the photoresist, a thin layer of metal (gold) is sprayed onto the electrolytically deposited layer of gold. Next, a second mask is created from the photoresist and windows are formed in it in the areas between the obtained contact columns. Then, without removing the photoresist, by means of electrolytic deposition of gold, a layer of gold is expanded into open windows. After that, first remove the second mask from the photoresist, remove the thin sprayed layer of gold and the first mask from the photoresist. As a result of this process, interconnects hanging over the surface of the dielectric layer are formed [3]
Gilding through a photoresist mask leads to contamination of the electrolyte with a photoresist, deterioration of the adhesion of the gold coating to the lower metallization level, an increase in the transition resistance, a decrease in the reliability and yield of suitable interconnects and, accordingly, the output of suitable microwave devices.
Кроме того, описанный процесс длительный. In addition, the described process is lengthy.
Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных приборов путем повышения надежности межсоединений. The technical result of the invention is to increase the percentage of suitable devices by increasing the reliability of interconnects.
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 200-210oC, 400-410oC в течение 20-25 мин на каждой ступени.The result is achieved by the fact that the known method of manufacturing an integrated microwave device includes forming a lower metallization level, forming a dielectric layer and opening windows in it to connect the lower metallization level to the upper one, forming an upper metallization level, after forming the dielectric layer and opening the windows in it, the photoresist is removed, and before the formation of the upper layer of the metallization level, strips of photoresist are formed along the lines of intersection of the upper metallization level with the lower one, and e zadublivaniya photoresist performed its heating step at temperatures of 200-210 o C, 400-410 o C for 20-25 minutes in each stage.
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. The removal of the photoresist before the formation of the upper level of metallization allows in the process of removing the photoresist to clean the working surface of the plate and thereby improve the adhesion of the sprayed layer of the upper metallization.
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. The formation of strips of photoresist along the lines of intersection of the upper metallization level with the lower one and the stepwise heating of the photoresist after its subduing allow subsequent metallization of the upper metallization at high temperatures, which also increases the adhesion of the deposited upper metallization layer, and galvanic deposition of gold along the freshly sprayed metallization layer gives good gold adhesion , which together provides high-quality etching of the upper metallization layer and good yield of integral integral hog microwave.
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. When photoresistive coatings are formed, the equilibrium of polymer systems is determined by the solvent content in the film. When the temperature is applied, the solvent evaporates. The stepwise temperature heating provides a smooth process of removing the solvent from the photoresist film and allows the macromolecules to transition to a stable equilibrium state, i.e. these are the conditions under which relaxation processes have time to go through, increasing the adhesion of the coating and reducing internal stresses, and, consequently, obtaining a high-quality coating.
Прогрев фоторезиста на первой ступени при температуре 200-210oC 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.The heating of the photoresist in the first stage at a temperature of 200-210 o C ensures the elimination of metallization rupture along the line of intersection of the upper layer of the metallization level with the bottom, due to dusting of the edges of the photoresist mask, resulting in smooth transitions along the interconnect lines, as well as additional underbrowing of the photoresist for warming it up at a higher temperature in the second stage.
Прогрев фоторезиста на второй ступени при температуре 400-410oС приводит к дальнейшему задубливанию фоторезиста и позволяет ему выдерживать высокие температуры порядка 340oC при вакуумном напылении верхней металлизации, не выделяя при этом газов и не подвергаясь деформации, что еще более увеличивает адгезию верхнего слоя к нижнему.The heating of the photoresist in the second stage at a temperature of 400-410 o C leads to further subduing of the photoresist and allows it to withstand high temperatures of the order of 340 o C during vacuum deposition of the upper metallization, without generating gases and without undergoing deformation, which further increases the adhesion of the upper layer to the bottom.
Прогрев фоторезиста первой степени при температуре ниже 200oC нежелателен, так как не происходит полного оплывания края маски фоторезиста.Warming up the photoresist of the first degree at a temperature below 200 o C is undesirable, since there is no complete swelling of the edges of the mask of the photoresist.
Прогрев фоторезиста на первой ступени при температуре выше 210oC также не допустим, так как резист растекается, уходят геометрические размеры сформированных полосок из фоторезиста.The heating of the photoresist in the first stage at a temperature above 210 o C is also not permissible, since the resist spreads, the geometric dimensions of the formed strips leave the photoresist.
Прогрев фоторезиста на второй ступени при температуре ниже 400oC не имеет смысла, так как верхнюю металлизацию (Al, Ni, Au) напыляют при более высоких температурах.Warming the photoresist in the second stage at a temperature below 400 o C does not make sense, since the upper metallization (Al, Ni, Au) is sprayed at higher temperatures.
Прогрев фоторезиста на второй ступени при температурах выше 410oC недопустим, так как происходит ухудшение электрических параметров интегрального прибора СВЧ.The heating of the photoresist in the second stage at temperatures above 410 o C is unacceptable, since there is a deterioration in the electrical parameters of the microwave integrated device.
Прогрев фоторезиста на каждой ступени в течение времени менее 20 минут нежелателен, так как не установится еще полное равновесие в системе. Warming the photoresist at each stage for less than 20 minutes is undesirable, since complete equilibrium in the system has not yet been established.
Прогрев фоторезиста в течение времени более 25 минут не имеет смысла, так как равновесие в системе установлено. Warming up the photoresist for more than 25 minutes does not make sense, since the equilibrium in the system is established.
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.In FIG. 1, (a-z) is given for comparison the manufacturing technology of an integrated device according to the prototype method;
in FIG. 2, (a-e) manufacturing technology of an integrated microwave device according to the proposed method.
Пример 1. Способ изготовления интегрального прибора СВЧ показан при изготовлении малошумящего усилителя тpехсантиметрового диапазона. Example 1. A method of manufacturing an integrated microwave device is shown in the manufacture of a low noise amplifier of the three-centimeter range.
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 200oC.A sapphire substrate is taken and a lower metallization level is formed on it, for which purpose layers of chromium 100 Ohm / □ and aluminum 0.8 0.8 1.0 μm thick are sprayed sequentially in one technological cycle on a cleaned sapphire substrate on a vacuum deposition unit of type URM3.279.011 at a temperature substrates 200 o C.
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 150oC.Then, the first photolithography is carried out, with the help of which the lower plates of the capacitor, the conductors, are formed. In this case, the layers of chromium and aluminum are etched through. Then a second photolithography is carried out, with the help of which resistors are formed, i.e. by etching remove the layer of aluminum to chromium between the contact pads of the resistor (Fig. 2, a). Then a dielectric layer is formed, for this purpose a dielectric layer of SiO 2 0.3-0.4 μm thick at a temperature of 150 o C. is sprayed onto the formed lower metallization level in a vacuum deposition machine of the URM3.279.014 type.
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). Then, using the third photolithography in dielectric at the junction of the upper metallization level with the lower one, windows are formed in which the dielectric layer is removed to aluminum by etching (Fig. 2b).
После этого фоторезист снимают. After that, the photoresist is removed.
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 120-150oC, после чего проводят ступенчатый прогрев фоторезиста при температуре на первой ступени равной 205oC в течение времени равного 22 мин при температуре на второй ступени равной 405oC в течение времени, равного 22 мин (фиг. 2,в).Then, strips of photoresist are formed along the lines of intersection of the upper metallization level with the lower one, for which a photoresist with a thickness of 1.0 1.5 μm is applied, a fourth photolithography is carried out, with which strips of photoresist are formed, then the photoresist is dubbed at temperatures of 120-150 o C then a stepwise heating of the photoresist is carried out at a temperature in the first stage equal to 205 o C for a time equal to 22 minutes at a temperature in the second stage equal to 405 o C for a time equal to 22 minutes (Fig. 2, c).
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 340oC 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).Next, the upper level of metallization is formed, for which, on the entire surface of the plate, layers of aluminum with a thickness of 2 μm and nickel with a thickness of 0.2-0.3 μm at a temperature of 340 o C are sprayed in a single technological process at a vacuum spraying machine of the URM3.279.011 type (Fig. 2 , g). After that, galvanic gold with a thickness of 2-3 microns is built up on nickel (Fig. 2, e).
Далее проводят пятую фотолитографию, протравливают последовательно слои золота, никеля, алюминия, и фоторезист снимают (фиг. 2,е). Next, the fifth photolithography is carried out, layers of gold, nickel, aluminum are etched sequentially, and the photoresist is removed (Fig. 2, e).
Пластину разделяют на отдельные приборы с помощью лазерного скрайбера ЭМ-210. The plate is divided into separate devices using a laser scraper EM-210.
Примеры 2-5. Examples 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. The manufacture of an integrated microwave device is carried out in the same way as in example 1, but at the temperature of the photoresist and the heating time at each stage specified in the claims, as well as at values outside the limits specified in the claims.
Изготовленные усилители были переданы на испытания. Акт испытаний прилагается. The manufactured amplifiers were submitted for testing. Test report attached.
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. The proposed manufacturing method will increase the percentage of yield of integrated microwave devices by increasing the reliability of interconnects from 3% to 30%. In addition, providing this percentage of yield, this method allows you to use it in a group technology for the manufacture of microwave devices.
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. The invention can be used to create a wide class of microwave integrated devices (amplifiers, mixers, converters, generators, etc.) on unpacked field and bipolar microwave transistors.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU873175715A RU2076396C1 (en) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | Integrated microwave device manufacturing process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU873175715A RU2076396C1 (en) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | Integrated microwave device manufacturing process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2076396C1 true RU2076396C1 (en) | 1997-03-27 |
Family
ID=20928770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU873175715A RU2076396C1 (en) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | Integrated microwave device manufacturing process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2076396C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487445C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Method of shf filter fabrication |
-
1987
- 1987-07-09 RU SU873175715A patent/RU2076396C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка ФРГ N 3234907, кл. H 01 L 21/94, 1984. Патент США N 4436766, кл.427-96, 1984. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487445C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Method of shf filter fabrication |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4920639A (en) | Method of making a multilevel electrical airbridge interconnect | |
| US3988824A (en) | Method for manufacturing thin film circuits | |
| EP0046525B1 (en) | Planar multi-level metal-insulator structure comprising a substrate, a conductive interconnection pattern and a superposed conductive structure and a method to form such a structure | |
| US5254493A (en) | Method of fabricating integrated resistors in high density substrates | |
| US5120572A (en) | Method of fabricating electrical components in high density substrates | |
| US4259367A (en) | Fine line repair technique | |
| US3256588A (en) | Method of fabricating thin film r-c circuits on single substrate | |
| US6404615B1 (en) | Thin film capacitors | |
| US5436504A (en) | Interconnect structures having tantalum/tantalum oxide layers | |
| US3699011A (en) | Method of producing thin film integrated circuits | |
| US4770897A (en) | Multilayer interconnection system for multichip high performance semiconductor packaging | |
| JPH06318672A (en) | Forming method of thin film capacitor, manufacture of thin film capacitor, manufacture of thin film bypass capacitor, and thin film capacitor | |
| US3781610A (en) | Thin film circuits and method for manufacture | |
| US4447824A (en) | Planar multi-level metal process with built-in etch stop | |
| EP0016251B1 (en) | Thin-film electronic circuit and method of manufacturing same | |
| US3616282A (en) | Method of producing thin-film circuit elements | |
| US5215866A (en) | Broadband printed spiral | |
| US7005722B2 (en) | RC terminator and production method therefor | |
| US3542654A (en) | Process of making an rc circuit and calibrating same | |
| RU2076396C1 (en) | Integrated microwave device manufacturing process | |
| US3894872A (en) | Technique for fabricating high Q MIM capacitors | |
| US3778689A (en) | Thin film capacitors and method for manufacture | |
| US5152868A (en) | Elastomer connector for integrated circuits or similar, and method of manufacturing same | |
| US6236102B1 (en) | Chip type thin film capacitor, and manufacturing method therefor | |
| JPH0225079A (en) | Amorphous semiconductor solar cell |