Способ получения разводки тонкопленочных гибридных интегральных схем

 

Использование: изготовление гибких коммутационных плат. Сущность изобретения: в вакуумной камере размещают пластину носителя с предварительно нанесенной пленкой полиимидного лака и медную мишень. Под действием импульсного лазерного излучения медь испаряется и осаждается на полиимид. После этого проводят гальваническое наращивание меди и с помощью фотолитографии формируют разводку. Новым в способе является нанесение первого слоя меди импульсным лазерным излучением при плотности потока энергии на поверхности мишени 10⁹- 10¹⁰ Вт/cм² и комнатной температуре, за счет чего удается получить оптимальное для разводки соотношение максимальной адгезии меди к полиимиду и минимального изменения размеров полиимидной пленки. 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти преимущественное применение при изготовлении бескорпусных интегральных микросхем. Цель изобретения заключается в повышении качества разводки за счет увеличения адгезии меди к полиимиду и уменьшения изменения линейных размеров полиимидной пленки в процессе изготовления микросхем. При испарении вещества лазерным излучением с плотностью потока энергии q = =10⁹-10¹⁰ Вт/см образуется плазменный сгусток, причем ионы (составляющие около 30% всех частиц) обладают энергией 10-1000 эВ, а нейтральные атомы - 1-100 эВ, таким образом, практически все частицы обладают энергией W ≥ 1 эВ. В результате бомбардировки поверхности полиимида частицами с W ≈ 1 эВ происходит очистка подложки от загрязнений молекул остаточных газов, низкомолекулярных фракций, кроме того, воздействие частиц с W ≥ 10 эВ ведет к частичной деструкции и модификации наружных слоев полиимида, образованию большого числа оборванных связей, химически активных радикалов и кислородсодержащих групп. В процессе конденсации меди происходит также проникновение этих частиц в приповерхностные слои подложки с образованием слоя полиимида, обогащенного медью. Таким образом, воздействие высокоэнергетических частиц приводит к очистке и активации поверхности полиимида, а также к проникновению частиц меди в полиимид и образованию ненасыщенных связей, служащих центрами зародышеобразования. В связи с этим использование лазерного напыления приводит к росту пленок меди, обладающих повышенной адгезией. При плотности потока энергии более 10 Вт/см развивается локальный перегрев поверхности меди, увеличивается доля капель в испаренном веществе, что ведет к значительному росту числа макродефектов в виде капель размером до 1 мкм в пленке и ухудшению ее качества. Для q < 10 Вт/см адгезия медной пленки ухудшается вследствие резкого смещения энергетического распределения частиц в сторону меньших энергий. Изменение линейных размеров полиимидной пленки объясняется наличием внутренних напряжений в тонкопленочных медных слоях, которые частично релаксируют в гибкую подложку. Эти напряжения в основном определяются термическими напряжениями, обусловленными разницей в значениях коэффициента температурного линейного расширения меди и полиимида ( α_си = 1,7˙10^-5 1/С, α_пи = 2,5˙10^-5 1/С). Такая разница в КТЛР приводит к тому, что полиимидная пленка, заметаллизованная при повышенных температурах, как более эластичная оказывается в растянутом положении при комнатной температуре: модуль упругости Е полиимида при 20^оС равен 3˙10⁹ Па, а меди - (8-11)˙10¹⁰ Па. Отметим, что если α_си и Е_сиотносительно постоянны в температурном интервале 20-300^оС, то при изменении температуры от комнатной до 300^оС α_пи растет в 3-4 раза, а Е_пи уменьшается почти в 2 раза, что еще больше увеличивает разницу КТЛР и Е меди и полиимида. Внутренние напряжения в медных слоях при уменьшении температуры осаждения с 200^оС до комнатной снижаются приблизительно в 5 раз. Поэтому предлагаемое в данном способе нанесение меди при комнатной температуре позволяет снизить механические напряжения в слоях металлизации и вызванное ими изменение линейных размеров полиимидной пленки. Пример. Пластина носителя с предварительно нанесенной пленкой полиимидного лака АД-9103, неподверженного предварительной активации, помещалась в вакуумной камере с остаточным давлением 10^-3 Па. В качестве источника излучения использовался лазер на алюмоиттриевом гранате с длительностью импульса 10 мс и энергией импульса 200 мДж, работавший с частотой 50 Гц и обеспечивающий плотность потока энергии на поверхности мишени10⁹-10¹⁰ Вт/см². Пленка меди наносилась на полиимидную подложку путем испарения медной мишени сфокусированным лазерным излучением при q = 5˙10⁹ Вт/см². Температура подложки Т_п варьировалась от комнатной температуры до 300^оС. Измерение адгезии полученной медной пленки к полиимидной подложке проводилось методом отрыва на промышленной установке ДШ-3М-2. Для пленки, полученной при комнатной температуре, величина адгезии равнялась 2,4˙10⁷ Па, для Т_п = 100^оС - 2,4˙10⁷ Па, для Т_п = 200^оС - 2,6˙10⁷ Па, для Т_п = 300^оС - 2,5˙10⁷ Па. Для пленки, полученной при q = 9˙10⁸Вт/см², адгезия была равна 7,8˙10⁶ Па. Для пленки, полученной при q = 1,5˙10¹⁰ Вт/см², адгезия не ухудшилась (2,5˙10⁷ Па), однако число макродефектов в пленке, определенное с помощью оптического микроскопа, возросло приблизительно в 10 раз. Определенное с помощью оптического микроскопа изменение линейных размеров полиимидных пленок, подвергавшихся металлизации при различных температурах оказалась равным для Т_п = 200^оС, ~ 0,1% , а для Т_п = 300^оС, ~ 0,3% . После нанесения медного слоя проводилось гальваническое наращивание меди и с помощью фотолитографии формировалась разводка.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАЗВОДКИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий испарение мишени из меди в вакууме, осаждение ее паров на полиимидную подложку, гальваническое осаждение слоя меди и формирование рисунка разводки методом фотолитографии, отличающийся тем, что, с целью повышения качества разводки за счет увеличения адгезии меди к подложке и уменьшения изменения линейных размеров подложки, испарение мишени проводят импульсным лазерным излучением при плотности потока энергии на поверхности мишени 10⁹ - 10¹⁰ Вт/см², а температура подложки в процессе осаждения равна комнатной.

РИСУНКИ

Рисунок 1