МЕТОДИКИ  ИОННО-ЛУЧЕВОЙ  ЗАЩИТЫ  ПОВЕРХНОСТИ  МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ  ИЗДЕЛИЙ  ОТ  ВНЕШНИХ  И  ХИМИЧЕСКИХ  ВОЗДЕЙСТВИЙ,  КОРРОЗИИ  И  ЛОКАЛИЗАЦИИ  ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО  ОСАДКА

Перинский  Владимир  Владимирович

д-р  техн.  наук,  профессор  CГТУ  имени  Гагарина  Ю.А.,  г.  Саратов

Перинская  Ирина  Владимировна

канд.  техн.  наук,  доцент  CГТУ  имени  Гагарина  Ю.А.,  г.  Саратов

E-mail:  perinskaiaiv@rambler.ru

Петрова  Наталья  Александровна

студентка  CГТУ  имени  Гагарина  Ю.А.,  г.  Саратов

TECHNIQUES  OF  ION-BEAM  PROTECTION  OF  THE  SURFACE MICROELECTRONIC  PRODUCTS  FROM  EXTERNAL  AND  CHEMICAL  INFLUENCES,  CORROSION  AND  LOCALIZATION  OF  THE  GALVANIC  DEPOSIT

Perinsky  Vladimir

Doctor  of  Engineering,  professor  of  SSTU  Gagarin  Yu.A.name,  Saratov

Perinskaya  Irina

Candidate  of  Technical  Sciences,

Associate  Professor  of  SSTU  Gagarin  Yu.A.name,  Saratov

Petrova  Natalia

Student  of  SSTU  Gagarin  Yu.A.name,  Saratov

АННОТАЦИЯ

Цель  настоящего  исследования  —  анализ  возможностей,  возникающих  при  использовании  ионно-лучевых  методов  обработки  материалов,  в  процессе  создания  металлических  элементов  СВЧ  устройств.

ABSTRACT

The  purpose  of  the  real  research  —  the  analysis  of  the  opportunities  arising  at  use  of  ion-beam  methods  of  processing  of  materials,  in  the  course  of  creation  of  the  microwave  ovens  metal  elements  of  devices.

Ключевые  слова:  ионно-лучевая  обработка;  локализация  гальванического  осадка;  пассивация  металла.

Keywords:  ion-beam  processing;  localization  of  a  galvanic  deposit;  metal  passivation.

Повышение  требований  к  аппаратуре,  особенно  морского  или  космического  базирования,  таких  как  повторяемость  электрических  параметров  элементов  и  их  стабильность  в  различных  условиях  эксплуатации,  надежность  и  воспроизводимость  сигналов,  снимаемых  с  датчиков,  приводит  к  необходимости  внедрения  в  технологию  пассивных  и  активных  элементов  новых  технологических  решений,  обеспечивающих  воспроизводимость,  точность,  простоту  аппаратурной  реализации  и  контроля,  производительность,  высокую  локальность  операций  и  их  совместимость  между  собой.  Реализация  данных  требований  возможна,  если  различные  технологические  операции  будут  основываться  на  технологических  процессах,  имеющих  единую  физико-химическую  природу  [1,  с.  195].

Предложенный  в  работе  [2,  с.  390]  эффективный  метод  ионно-лучевой  пассивации  тонких  металлических  покрытий  применен  для  локализации  гальванического  осадка  при  формировании  топологии  металлических  контактов  изделий  микроэлектроники.

На  деталь  из  меди  наносили  фоторезистивную  маску  общепринятым  маршрутом;  маска  является  ионошаблоном.  Затем  проводили  операцию  локальной  пассивации  потоком  ионов  электрически  неактивных  примесей  (ионов  аргона)  в  следующем  режиме:  Е=4090  кэВ,  Ф6,0·10¹⁴  ион/см².  После  этого  удалялась  фоторезистивная  маска  на  установке  плазмохимической  очистки.  Затем  проводили  операцию  гальванического  осаждения  контактного  материала  на  площадке  детали.  Осаждение  происходит  только  на  непассивированные  участки  (те,  которые  были  закрыты  фоторезистивной  маской)  детали.  Это  явление  основано  на  экспериментально  обнаруженной  авторами  зависимости  скорости  (L)  гальванического  осаждения  контактной  металлизации  от  дозы  (рис.  1  а)  и  энергии  (рис.  1  б)  ионов.

 а)                                          б)

Рисунок  1.  Зависимость  нормированной  скорости  гальванического  осаждения  контактной  металлизации  от  энергии  и  дозы  ионов  аргона:  а  —  Е=50  кэВ;  Ф,  ион/см²;  б  —  Ф=  6,0·10¹⁵,  ион/см²  ;  Е,  кэВ;

Рисунок  2.  Схема  метода  реализации  гальванического  осадка  при  формировании  СВЧ-узлов

Как  видно  из  зависимости  L(Ф)  и  L(Е)  (рис.  1)  при  Ф>6,0·10¹⁴  ион/см²  и  Е=40÷90  кэВ  скорость  L  практически  равна  нулю.  В  результате  проведенных  операций  получается  заданная  топология  металлических  контактов,  повторяющая  контуры  фоторезистивной  маски.

Использование  предлагаемого  способа  формирования  топологии  металлических  контактов  обеспечивает  по  сравнению  с  существующими  способами  следующие  преимущества:

·     отпадает  необходимость  нанесения  покрытия  гальваническим  способом  на  всю  металлическую  поверхность  и  последующего  его  удаления  с  неконтактных  областей; 

·     улучшается  качество  формируемых  элементов; 

·     увеличивается  выход  годных  в  производстве;  снижается  трудоемкость  вследствие  уменьшения  количества  операций  в  предлагаемом  маршруте.

Коэффициент  коррозионной  стойкости  К,  характеризующий  увеличение  времени  до  появления  первых  очагов  коррозии  в  результате  ионно-лучевой  пассивации,  можно  определить  из  отношения:

К=  t_и  /  t_н,

где:  t_и  —  время  до  появления  первых  очагов  коррозии  материала,  подверг-нутого  ионно-лучевой  пассивации, 

t_н  —  время  до  появления  первых  очагов  коррозии  непассивированного  исходного  материала.

На  графиках  рис.  3  приведены  экспериментально  полученные  зависимости  коэффициента  коррозионной  стойкости  К  от  дозы  и  энергии  ионно-лучевой  пассивации  деталей  из  бериллиевой  бронзы.

а)                                  б)

 в)                               г)

Рисунок  3.  Экспериментальные  зависимости  коэффициента  коррозионной  стойкости  (К)  от  энергии  и  дозы  ионов

Пример  реализации  способа.  Заготовку  детали  из  бериллиевой  бронзы  марки  БрБ2  ГОСТ1789-70  изготавливают  их  фольги  толщиной  d=100  мкм  с  чистотой  обработки  поверхности  по  13  классу  шероховатости  (R_a≤  0,02).  Химическую  обработку  в  полирующем  травителе  проводят  в  следующем  режиме:  температура  травителя  +80⁰С,  время  обработки  10—15  секунд.  Ионно-лучевую  пассивацию  ионами  аргона  проводят  в  два  этапа  со  следующими  режимами:

·     основной  этап  Е₀=50  кэВ,  Ф₀=1500  мкКл/см²;

·     дополнительный  этап  Е_д=130  кэВ,  Ф_д=2500  мкКл/см².

В  результате  проведения  этих  операций  коррозионная  стойкость  ионно-пассивированной  поверхности  детали,  оцениваемая  по  времени  до  появления  первых  точечных  очагов  коррозии,  возрастает  в  17  раз  [3,  с.  24];  на  локально  ионно-пассивированной  поверхности  детали  получены  защищенные  от  коррозии  области. 

Список  литературы: 

1.Лабунов  В.А.  Развитие  микро-  и  наноэлектроники  /  В.А.  Лабунов  //  Оборудование,  технологии  и  аналитические  системы  для  материа-ловедения,  микро-  и  наноэлектроники:  сб.  науч.  ст.  V  Российско-Японского  семинара.  Саратов,  18  —  19.06.2007.  —  Саратов,  2007.  —  Т.  1.  —  С.  179—201.

2.Перинская  И.В.  Наноразмерная  пассивирующая  кластеризация  поверхности  металлов  ионно-лучевой  обработкой  /  В.Н.  Лясников,  И.В.  Перинская,  В.В.  Перинский  //Перспективные  технологии,  оборудование  и  аналитические  системы  для  материаловедения  и  наноматериалов:  сборник  докладов  7-й  Международной  российско-японско-казахстанской  научной  конференции.  —  Волгоград:  ВолгГТУ,  2009.  —  С.  383—392. 

3.Перинская  И.В.,  Лясников  В.Н.,  Перинский  В.В.  Механизмы  влияния  ионной  имплантации  на  химическую  активность  металлов  /  И.В.  Перинская,  В.Н.  Лясников,  В.В.  Перинский  //  Технология  металлов.  —  2009.  —  №  8.  —  C.  22—25.