Способ изготовления тонкопленочных проводниковых элементов на кварцевой подложке

 

Изобретение относится к изготовлению тонкопленочных схем СВЧ-диапазона и может быть использовано при изготовлении отдельных элементов электрических схем на непроводящей подложке С целью улучшения адгезии слоя к подложке и. повышения производительности изготовление тонкопленочных проводниковых элементов на кварцевой подложке осуществляют формированием слоя грунтующего материала из стекла состава, мас.%;.РЬО 50±3; SiOi 40i3, , 10±2 нанесением слоя хрома и вакуумным напылением слоя меди. Адгезия . .;слоя к подложке составляет (415-448) + 20 кг/см , 2 табл. с СО 4 05 О о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 466ОО А1 (51) 4 С 03 С 17/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3974827/29-33 (22) 14.10.85 (46) 23.10.87. Бюл, Р 39 (72) Г.Б.Петраускас, А,Б.Акутене. и Ю.В.Каменецкас (53) 666.1.056 (088.8) (56) Гимпельсон В.Д. и др. Тонкопле-. ночные микросхемы для приборостроения и вычислительной техники.-М.:

Машиностроение, 1970, с, 72, Патент США Р 4153518, кл, 204-38, опублик. 1979. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА КВАРЦЕВОИ ПОДЛОЖКЕ (57) Изобретение относится к изготовлению тонкопленочных схем СВЧ-диапазона и может быть использовано при изготовлении отдельных элементов электрических схем на непроводящей подложке, С целью улучшения адгезии слоя к подложке и.повышения производительности изготовление тонкопленочных проводниковых элементов на кварцевой подложке осуществляют формированием слоя грунтующего материа" ла из стекла состава, мас.7:. РЪО

50+3; S10 40 3, В Оз !0+2 нанесением слоя хрома и вакуумным напылением слоя меди. Адгезия .,слоя к подложке

2. составляет (415-448) + 20 кг/см

2 табл.

1346600

25

55

Изобретение относится к изготовлению тонкопленочных схем СВЧ-диапазона,и может быть использовано в из.готовлении отдельных элементов электрических схем на непроводящей подложке.

Целью изобретения является улучшение адгезии слоя к подложке и повышение производительности.

Способ изготовления тонкопленочных проводниковых элементов на кварцевой подложке заключается в том, что на подложку наносят слой грунтирующего материала, слой оксидно-формирующего тугоплавкого металла и вакуумным способом напыляют токопровоДящий металл.

Слой грунтирующего материала формируют в виде пленки свинцовоборосиликатного стекла путем нанесения раствора его компонентов в виде органических соединений и их вжигания.

Вследствие вжигания нанесенного раствора на кварцевую подложку происходит формирование свинцовоборосиликатного стекла следующего состава,X: Pb0 50+3; Si0 40+3; В,О, !0 2.

Способ осуществляют следующим образом, Подложки кварца обезжиривают в растворе, содержащем калий двуххромовый 0,28 г, серную кислоту (плотность 1,84) 0,24 л, деионизованную воду 0,31 л, при 60+15 C 15 мин, Затем проводят промывку в деионизированной воде и кипячение в растворе, содержащем перекись водорода 0,122 л, деионизированную воду 0,38 л и водный аммиак, по каплям до рН 7,0, при 60 15 С в течение 15 мин, После кипячения промывают в деионизированной воде, Далее приготавливают следующий стеклообразующий состав,мл:

Свинец уксуснокислый основной 2,56 г

Уксусная кислота 2„5

Этиловый эфир ортокремниевой кислоты (тетраэтоксисилан) 9,3

Трибутиловый эфир

ОртО-борной кислОты Зр84 или триметиловый эфир орто-борной кислоты !,70

Этиловый спирт ректификованный технический 10

Этиленгликоль 2

Дистиллированная вода . 22

Соляная кислота 0,02

Из данного состава изготавливают два раствора, Раствор 1. В химический стакан засыпают 2,56 г свинца уксусно-кислого основного, заливают 2,5 мп уксусной кислоты и 18 мл дистиллированной воды, перемешивают .:до полного растворения уксусно-кислого свинца.

Раствор 2, В большую пробирку вливают 9,3 мл этилового эфира ортокремниевой кислоты, 10 мл этилового спирта и 4 мл дистиллированной воды.

Жидкость расслаивается на два несмешивающихся слоя. Добавляют одну каплю концентрированной соляной кислоты, закрывают пробирку пробкой и встряхивают до образования гомогенного раствора. Гидролиз тетраэтоксисилана сопровождается незначительным разогреванием содержимого пробирки. Для более полного протекания гидролиза выдерживают пробирку в течение 1 ч при комнатной температуре, после чего прибавляют 3,84 мл трибутилбората, 2 мл этиленгликоля и хорошо перемешивают содержимое пробирки.

Раствор 2 вливают при перемешивании в раствор 1, отфильтровывают на воронке Бюхнера через плотный бумажный фильтр.

На поверхность обезжиренной подложки наносят слой полученного раствора и путем вращения подложки в центрифуге (скорость вращения

3000 об/мин) достигается его равномерное распределение по подложке.

Затем в печи производят Обжиг до .

850+!О С, Скорость подъема температуры 1/„ = 20+5 С/мин, температура обжига T„ = 850 -1О С, время выдержки T = 15+2 мин, скорость охлаждения \/ =20+5 С/мин.

В результате высокотемпературного обжига состава на подложках образуется пленка толщиной 1500-2000 А свинцовоборосиликатного стекла.

Затем производят напыление металлических слоев в установке УВН-?1П-3.

Перед напылением подложки выдерживао ют при температуре 300+20 С в течение 5 мин. Напыляют поочередно слой хрома толщиной 0,02 мкм„ слой меди толщиной 3 мкм и слой хрома толщиной 0,02 мкм при вакууме рабочей ка00

S10 37 438 20

B 0з 10 441- 20

Состав грунтирующего материала

Величина силы соеКомпоненты грунтирующего материала, ма с.7. динения, кг/см

Время, затрачиваемое на одну операцию для одной пластины, мин для способа

Название операции

314 -20 известного

Известный предлагаемого

320+20

307 20

Изготовление испарителей из молибдена и очистка

0,78

Предлагаемый

0,78

РЬО 47 421+20

Подготовка на-. весок перед напылением 0,78

S 0 41 415+20

0,78

Определение количестВ,0 12 448+20

Pb0 49 440+20

SION 43 425+20

B 0 8 432+20

Р ЬО 53 436+ 20 ва химических материалов

0,98

0,98

Изготовление стеклообразую-. щего состава (500 r) О, 173 з 134бб меры 1 ° 10 Па. В данном случае первый слой хрома является оксидно-формирующим для обеспечения лучшего сцепления проводящего слоя с грунти5 рующим. Второй слой Cr служит для защиты проводящего слоя Си от быстрого окисления в атмосферных условиях, и он стравливается перед химическим нанесением олова. 10

В структурах Cr-Cu"Cr - свинцовоборосиликатное стекло — кварц путем фотолитографии формируют окна площадью 0,2 см . Затем верхний слой хрома стравливают и на поверхностьмеди наносят химическое олово толщиной 3 мкм, Для определения величины адгезии используют метод нормального отрыва на разрывной машине. Латунный столбик с площадью основания 0,2 см

2 припаивается к пленке на кварцевой подложке.

Результаты измерений приведены в таблице 1 (тип грунтирующего слоя 25 в известном способе А1 0з, в предлагаемом — боросиликатное стекло) .

Таблица 1

Продолжение табл, 1

) 2 (3 Измерения проводят на 9 пластин- ках, изготовленных в трех партиях, Из результатов испытаний видно, что по сравнению с известным способом величина силы разрыва проводящего элемента, изготавливаемого по предлагаемому способу, увеличивается на 27,2+5X. Решающую роль в достижении такого результата играет использование в способе боросиликатного стекла определенного состава, Повышение производительности изготовления токопроводящих элементов на кварцевой подложке получается за счет уменьшения времени их изготовления благодаря сокращению времени изготовления грунтирующего слоя.

Время, затрачиваемое на проведение технологических операций изготовлення проводящих элементов на кварцевой подложке, приведено в табл.2.

Таблица 2

5 1346600

Продолжение табл.2, Продолжение табл.2

Время, затрачиваемое на одну операцию для одной пластины,мин для способа

Название операции

Название опеВремя, затрачиваемое на одну операцию для одной пластины,мин для способа

Рации известного предлагаемого известпредлага емого ного

Обезжиривание пластин

Тр авл ение 2,57 подслоя хрома и меди 1 55

2,57

0,492

0,492

1,55

Сушка кварцевых подложек 0,54

0 54

4,16

0,3

4,92 олова

Резка плат 2,93

2,93

33,23 грунтирующий слой 2,57

41р34

Итого

Формирование пленки боросиликатного стекла: определе-, ние количества химических материалов

0,98 нанесение раствора на подложку

0,45

0,045 обжиг

Напыление подслоя хрома и сплошного слоя меди

2,675

2,675

Напыление грунтирующего слоя А1 0 7,195

50+3

40+3

10+2 стеклообра

Фотолитография 8,91

8,91

BHHHIIH Заказ 5089/22 ТиРаж 427 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подготовка вакуумных установок к напылению. металлический слой 4,92

Подготовка плат перед химическим осаж20 дением 4,I6

Химическое нанесение

Проведения технических испытаний

30 проводящих элементов на кварцевых подложках, изготовленных по предлагаемому способу, показывают, что величина силы разрыва увеличивается на

27,2+5%. Время изготовления сокращается на 19,6%.

Формула изобретения

Способ изготовления тонкопленоч40 ных проводниковых элементов на кварцевой подложке,,включающий формирование слоя грунта, нанесение слоя хрома и вакуумное напыление слоя меди, отличающийся тем, 45 что, с целью улучшения адгезии слоя к подложке и повышения производительности, слой грунта формируют из стекла следующего состава, мас.%:

50 РЬО 10

80 термическим разложением зующих составов.