ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СВЧ ИНТЕГРАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
Теги реферата: доклад листья, баллов
Добавил(а) на сайт: Мина.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | Следующая страница реферата
2. Технологические и конструктивные основы СВЧ интегральных микросхем
Интегральные микросхемы СВЧ диапазона могут быть выполнены как в монолитном, так и гибридно-пленочном исполнении.
В качестве материалов подложек применяют высокоомный кремний, полуизолирующий арсенид галлия, керамику с высоким значением диэлектрической проницаемости, а также кварц, ферриты и комбинации перечисленных материалов для составных конструкций.
В настоящее время в СВЧ диапазоне наибольшее практическое применение
получили гибридно-пленочные ИС. Отличительной особенностью микросхем
данного класса является то, что подложка вместе с металлизацией лицевой
(проводник) и обратной сторон образует микрополосковую линию передачи (рис.
2.1).
По конструктивно-технологическим признакам, а также с учетом элементной базы гибридно-пленочные микросхемы СВЧ можно разделить на две основные группы: микрополосковые схемы с распределенными параметрами; пассивные RCL-микросхемы, содержащие сосредоточенные элементы
Микрополосковые схемы с распределенными параметрами.
Первая группа пленочных СВЧ микросхем содержит пассивные элементы
(резонансные контуры, подстроечные элементы и др.), выполненные в виде
отрезков линий передачи определенной конфигурации. Структура
микрополосковой линии передачи зависит от технологии изготовления (рис. 2
2). Иногда проводящий слой микрополосковой линии выполняют без защитного
покрытия, если основу проводника составляют пленки благородных металлов, например золота, и без адгезийного подслоя, например, если рабочим слоем
служит алюминий.
Рис 1.2 Микрополосковая линия передачи.
1 ( подложка толщиной h, 2 ( проводник полосковой линии шириной w, 3 (
проводящий слой на обратной стороне подложки.
СВЧ микросхемы с распределенными параметрами изготавливают тремя основными способами:
. нанесение и вжигание паст по толстопленочной технологии;
. гальваническое наращивание толстых пленок в сочетании с фотолитографией и напылением;
. термическое испарение в вакууме в сочетании с фотолитографией.
Толстопленочная технология характеризуется простотой и не требует высокой квалификации обслуживающего персонала. Эта технология широко используется в зарубежной практике, однако диапазон ее применения ограничен из-за принципиальных недостатков. К наиболее существенным из этих недостатков следует отнести: большое значение удельного сопротивления проводящих элементов, обусловливающее увеличение потерь в 1,5—2 раза по сравнению с потерями в проводниках из чистой вакуумно-плавленой меди; необходимость применять подложки с шероховатой развитой поверхностью для обеспечения адгезии проводника к подложке, что также приводит к увеличению потерь (образование вихревых токов на неровностях проводника). Кроме того, метод трафаретной печати, используемый при такой технологии, имеет малые разрешающую способность и точность воспроизведения геометрических размеров элементов как по ширине, так и по толщине. Так, невоспроизводимость по толщине слоя может достигать ±10 мкм, а по ширине ±30 мкм, причем невоспроизводимость геометрических размеров в значительной степени зависит от ширины элементов.
Если на одной подложке необходимо выполнить элементы с различными геометрическими размерами, их разброс возрастает. Наряду с указанными недостатками следует отметить значительную неоднородность и зернистость структуры толстых пленок, что служит дополнительным источником потерь в СВЧ диапазоне. Однако микросхемы, к электрическим параметрам которых не предъявляется высоких требований, из экономических соображений целесообразно изготавливать по толстопленочной технологии.
Для создания микросхем со сложной конфигурацией элементов (типа
меандра, спирали) и воспроизводимостью геометрических размеров не хуже ±15
мкм применяют тонкопленочную технологию, основанную на получении проводящих
пленок гальваническим осаждением или термическим испарением в вакууме и
формировании определенной конфигурации элементов методом фотолитографии.
Различают две разновидности маршрутов изготовления микрополосковых схем с
применением гальванического осаждения толстых пленок меди: а) наращивание
меди по сформированному рисунку микросхемы с защитой технологических
коммутационных проводников и б) осаждение меди в окна фоторезиста, который
является контактной маской, сформированной на сплошном подслое меди (рис.
2.2).
По первому маршруту термическим испарением в вакуумы на керамическую
подложку наносят пленку меди с адгезионным подслоем общей толщиной порядка
1 мкм. Затем выполняют фотолитографию и травление по напыленным слоям, причем рисунок защитного рельефа включает не только рабочие элементы
микросхемы, но и коммутационные технологические проводники. Последние
обеспечивают электрическую связь всех элементов, необходимую для подачи
потенциала на все проводники при их гальваническом усилении, в то время как
контакт с внешней цепью имеет один из элементов. После этого снова
осуществляют фотолитографию для защиты коммутационных проводников. После
усиления рабочих элементов и нанесения на них антикоррозийного покрытия
гальваническим осаждением удаляют фоторезист и травят технологические
проводники. Недостатком данного маршрута изготовления является наличие
технологических коммутационных проводников, что приводит к увеличению числа
рабочих фотошаблонов, фотолитографических операций и, следовательно, к
усложнению технологического процесса изготовления микросхем.
Второй маршрут изготовления микрополосковых схем с применением
гальванического усиления основан на другом принципе подачи потенциала на
все рабочие элементы микросхемы. В этом случае, так же как по первому
маршруту, сначала термическим испарением в вакууме на керамическую подложку
наносят сплошной слой меди с адгезионным подслоем общей толщиной не более 1
мкм (желательно 0,4—0,7 мкм). Затем формируют защитный рельеф и создают
фоторезистивную контактную маску. Чтобы исключить боковое разрастание
проводников, целесообразно использовать слои фоторезиста значительной
толщины, близкой к толщине проводящего слоя при гальваническом наращивании.
Таким образом, контактирование в этом случае осуществляют по сплошному
напыленному слою меди, а гальванические слои осаждают в окна на фоторезисте
по пробельным участкам. После гальванического усиления рабочих участков и
нанесения на них антикоррозийного покрытия удаляют фоторезистивную
контактную маску, растворяя ее, и стравливают тонкий слой меди с
адгезионным подслоем. Иногда поверхности дополнительно очищают
плазмохимическим способом. Для формирования контактной маски толщиной более
2 мкм используют сканирование электронным лучом. В этом случае материал
контактной маски выбирают чувствительным к воздействию бомбардировки
электронами (электронорезист).
Таким образом, второй технологический маршрут свободен от недостатков первого, однако имеет свои трудности. Среди трудностей данного маршрута следует отметить: сложность нанесения и удаления толстой фоторезистивной пленки, загрязнение электролита при гальваническом наращивании проводящего слоя в окна фоторезистивной маски, наличие значительного разрастания элементов в случае тонкого слоя фоторезиста, искажение профиля проводников при травлении слоя меди с адгезионным подслоем.
[pic]
Общими недостатками указанных маршрутов изготовления микрополосковых
схем являются: зависимость удельного сопротивления проводников от
технологических режимов осаждения, состава и чистоты электролитов; наличие
неравномерного роста толщины пленок на подложках больших размеров и в
схемах, имеющих элементы с различной шириной проводящих полосок.
Неравномерность по толщине может достигать ±7 мкм при средней толщине
проводящего слоя ~20 мкм, невоспроизводимость геометрических размеров
элементов по ширине при этом составляет 15... ... 20 мкм.
Чтобы исключить искажения профиля проводящих элементов и зависимость
неравномерности геометрических размеров элементов по толщине и ширине от их
геометрической формы, применяют метод прямого травления толстых пленок
(рис. 2.3). Толстые пленки могут быть получены различными способами, в том
числе гальваническим усилением тонких напыленных слоев, а также термическим
испарением в вакууме. Изготовлять микросхемы на основе данного метода можно
также по двум различным маршрутам, отличающимся последовательностью
технологических операций нанесения защитного антикоррозийного покрытия.
Антикоррозийное покрытие может быть нанесено термическим испарением в
вакууме и может служить затем маской при селективном травлении рабочих
проводников или гальваническим и химическим осаждением как после
формирования рисунка элементов микросхемы, так и до выполнения
фотолитографии. Маршруты изготовления просты и не требуют дополнительного
описания технологических операций. Остановимся на рассмотрении характерных
достоинств и недостатков последнего маршрута, что важно знать при выборе
конструкции и оптимального технологического варианта ее реализации.
При травлении толстых пленок, полученных гальваническим осаждением, требуется усиление фоторезистивной маски, чтобы исключить проколы из-за развитой поверхности осадков. Кроме того, травление пленок может быть неравномерным из-за пористой и крупнозернистой структуры осадков Поэтому схемы, к выходным параметрам которых предъявляются повышенные требования, целесообразно изготавливать по данному маршруту, используя толстые пленки, полученные термическим испарением в вакууме. В этом случае пленки отличаются высокой плотностью и однородностью, их сдельное сопротивление с точностью до погрешности измерения равно сдельному сопротивлению массивного образца меди. Поэтому потери в СВЧ диапазоне будут минимальными, а травление слоев равномерным. К общим недостаткам последних маршрутов изготовления СВЧ микросхем с распределенными параметрами можно отнести следующее:
. необходимость повышать скорость удаления продуктов реакции, уменьшать клин подтравливания и увеличивать вязкость травителя для исключения проникновения последнею в поры фоторезиста и на границе раздела фоторезистивная пленка — приводящая пленка,
. ограничение, накладываемое на минимальный размер зазора между проводниками, связанное с наличием клина подтравливания и необходимостью изготовления фотошаблонов с его учетом;
. при нанесении защитного антикоррозийного покрытия до проведения процессов фотолитографии торцы проводящих элементов оказываются незащищенными, что может привести к изменению параметров микросхемы при длительной работе без герметизации, когда основной рабочий слой подвержен интенсивной коррозии; нанесение же защитного покрытия после формирования рисунка элементов микросхемы химическими методами требует дополнительной активации поверхности, а гальваническим осаждением специального контактирования между элементами.
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: поняття реферат, bestreferat ru, реферат н.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | Следующая страница реферата