Способ удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств - фильтров, резонаторов, линий задержки на поверхностных акустических волнах. Способ включает операции вакуумирования и обработки подложек в кислородсодержащей плазме. Подложки обрабатывают в плазме смеси кислорода и инертного газа, содержащей 5-12 об.% кислорода и 88-95 об.% инертного газа, при этом в качестве инертного газа используют гелий или неон, или аргон и обработку ведут при давлении в реакционной камере 80-140 Па, плотности ВЧ-мощности 0,02-0,06 Вт/см³ и времени воздействия 3-15 мин. Изобретение позволяет улучшить электрофизические параметры пьезоэлектрических устройств за счет более полного удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек после различных технологических операций.

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления интегральных пьезоэлектрических устройств (фильтры, резонаторы, линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ)), которые находят широкое применение в авионике и бортовых системах.

В технологии производства изделий пьезоэлектроники широко применяется метод обратной ("взрывной") литографии. Однако этот метод имеет такие недостатки, как неполное удаление органики в зазорах между алюминиевыми электродами, что можно обнаружить при помощи оптического микроскопа.

Известен способ удаления органических остатков в плазме чистого кислорода, описанный в патенте США №3647676 по классу 204-312 за 1972 г. и принятый нами за аналог. Недостатком этого способа является неполное удаление органики, что обусловлено таким взаимодействием плазмы кислорода с органическими остатками, при котором в ходе плазмохимических реакций в газовой фазе образуются труднолетучие полимеры, осаждающиеся на поверхность в виде загрязнений.

Известен способ удаления органических остатков в плазме смеси (30% O₂+70% N₂), приведенный в патенте США №4473437 по классу 156/643 за 1984 г. и принятый нами за и прототип. Недостатком этого способа также является неполное удаление органики вследствие образования нелетучих полимеров и соединений (например, CH₂N₄ с температурой плавления 156°С) при взаимодействии этой плазмы с удаляемой органикой. Другим недостатком этого способа является чрезмерный разогрев обрабатываемых подложек. Последнее вызвано разрывом в плазме тройных высокоэнергетических связей молекул азота, имеющих большую величину энергии диссоциации - 250 ккал/моль. При нагреве подложек в плазмохимическом реакторе до температур 100-150°С и последующей их разгерметизации могут начаться локальные отслаивания металлизации вследствие различия термических коэффициентов расширения подложки и металла.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении выхода годных и улучшения электрофизических параметров пьезоэлектрических устройств за счет более полного удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек (кварц, ниобат и танталат лития и др.) после различных технологических операций. Данный технический результат достигается в способе удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек, включающем операции вакуумирования и обработки в кислородсодержащей плазме, причем обработку проводят в плазме смеси кислорода и инертного газа, содержащей 5-12 об.% кислорода и 88-95 об.% инертного газа, где в качестве инертного газа используется гелий, или неон, или аргон, а обработку ведут при давлении в реакционной камере от 80 до 140 Па, при плотности ВЧ-мощности от 0,02 до 0,06 Вт/см³ и времени воздействия 3-15 мин.

Таким образом, отличительным признаком способа является удаление органических остатков с пьезоэлектрических подложек в плазме кислорода, в который дополнительно вводится инертный газ, где в качестве инертного газа используется гелий (Не), или неон (Ne), или аргон (Ar), причем процентное содержание кислорода в смеси находится в пределах от 5 до 12 об.%, содержание инертного газа - в пределах от 88 до 95 об.%, а обработку ведут при плотности ВЧ-мощности от 0,02 до 0,06 Вт/см³, при давлении в реакционной камере от 80 до 140 Па и времени воздействия 3-15 мин. Данные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата, заключающегося в увеличении выхода годных и улучшении электрофизических параметров пьезоэлектрических устройств за счет более полного удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек. В качестве удаляемой органики может использоваться: 1) эластичный органический компаунд для приклеивания пьезоэлектрических резонаторов и фильтров к корпусам; 2) остатки задубленной при температуре более 120°С мастики для приклеивания пьезоэлектрических подложек к держателю при резке их на отдельные пьезоэлементы; 3) остатки фоторезиста после обратной ("взрывной") фотолитографии в случае отличия профиля фотомаски от идеально вертикального. Более полное удаление органики по предлагаемому способу подтверждается улучшением ряда параметров пьезоэлектрических устройств (вносимых потерь, величин и разбросов центральных частот, добротностей).

Возможно, что процесс удаления органических остатков в плазме происходит следующим образом. В плазме газовой смеси, содержащей кислород и инертный газ, происходит процесс удаления органики радикалами кислорода. Однако присутствие в смеси инертного газа в количествах в 8-20 раз больших, чем кислорода, снижает вероятность образования радикалов RO и ROO (где R - углеводород) вследствие диффузионных затруднений для кислорода. Вследствие рекомбинации на атомах инертного газа радикалов RO и ROO, инициирующих нелетучие полимеры, образование полимеров газовой фазе также подавляется. Отсутствие в процессе такой обработки нелетучих полимеров на обрабатываемой поверхности и является причиной более полного удаления органики.

Примеры реализации способа

Пример 1.

Изготавливают, применяя обратную литографию, ПАВ-резонаторы на подложке монокристаллического кварца ST-среза(yx1/42° 45'). Шаг между встречно-штыревыми преобразователями и канавками отражателей соответствует центральной частоте резонатора 0,5-1,2 ГГц. Изготовленные кристаллы ПАВ-резонаторов монтируют в корпуса, помещают в реактор установки 08ПХО-100Т-001 и обрабатывают в плазме смеси 10 об.% кислорода и 90 об.% гелия при давлении в реакционной камере 110 Па, при ВЧ-мощности 0,025 Вт/см³ и времени воздействия 15 мин. В результате измерений резонаторов, обработанных в такой плазме, на анализаторе четырехполюсников 8714ЕТ фирмы Agilent Technology было установлено увеличение центральной частоты на 50-190 кГц, уменьшение вносимых потерь до 15%, увеличение добротностей резонаторов на 10-20%, что приводило к увеличению выхода годных не менее чем в два раза. В процессе плазмохимической обработки может происходить удаление остатков эластичного органического компаунда, используемого для приклеивания ПАВ-резонаторов к корпусам.

Пример 2.

Изготавливают ПАВ-резонаторы на пластинах пьезокварца, приклеивают эти пластины к держателю для резки, используя органическую мастику, которая может нагреваться до температуры более 120°С, затем режут эти пластины на отдельные пьезоэлементы, которые отмывают от мастики в органическом растворителе, пьезоэлементы затем подвергают измерениям частоты. Далее помещают резонаторы в реактор установки 08ПХО-100Т-008 и обрабатывают в плазме смеси 5 об.% кислорода и 95 об.% неона при давлении в реакционной камере 80 Па, при плотности ВЧ-мощности 0,03 Вт/см³ и времени воздействия 3 мин. При последующих измерениях на приборе 8714ЕТ установлено увеличение центральной частоты на 40 кГц. В процессе плазмохимической обработки может происходить удаление задубленных остатков мастики, которые обычно не удаляются в жидкостных органических растворителях.

Пример 3.

Изготавливают, применяя обратную фотолитографию на кристаллах танталата лития, фильтры на частоты 1,0-1,2 ГГц, монтируют их в корпуса, которые затем помещают в реактор и проводят обработку в плазме 12 об.% кислорода и 88 об.% аргона при давлении в реакционной камере 140 Па, при плотности ВЧ-мощности 0,06 Вт/см³ и времени воздействия 8 мин. При последующих измерениях на приборе 8714ЕТ установлено увеличение частоты фильтра на 0,1-0,5 МГц, уменьшение вносимых потерь для фильтров и линий задержек на 20-25%, а также уменьшение на порядок разбросов частот для фильтров одной партии. В процессе плазмохимической обработки может происходить удаление остатков фоторезиста после обратной фотолитографии, возникающих за счет отличия профиля фотомаски от идеально вертикального.

При содержании в газовой смеси кислорода менее 5 об.% скорость удаления органики недостаточно большая, а при содержании кислорода в смеси более 12 об.% происходит образование и осаждение нелетучих полимеров из плазмы. При проведении процесса при плотности ВЧ-мощности менее 0,02 Вт/см³ производительность процесса недостаточна, а при плотности ВЧ-мощности более 0,06 Вт/см³ возникает избыточное разогревание подложек, приводящее к окислению и локальному отслаиванию алюминиевой металлизации.

Способ удаления органических остатков с пьезоэлектрических подложек, включающий операции вакуумирования и обработки подложек в кислородсодержащей плазме, отличающийся тем, что обработку проводят в плазме смеси кислорода и инертного газа, содержащей 5-12 об.% кислорода и 88-95 об.% инертного газа, при этом в качестве инертного газа используют гелий, или неон, или аргон, а обработку ведут при давлении в реакционной камере 80-140 Па, плотности ВЧ-мощности 0,02-0,06 Вт/см³ и времени воздействия 3-15 мин.