10.2.2. Подложки

Материал, используемый для изготовления подложек, должен иметь однородный состав, гладкую поверхность (с чистотой обработки по 12‒14 классу), обладать высокой электрической и механической прочностью, быть химически инертным, обладать высокой теплостойкостью и теплопроводностью, коэффициенты термического расширения материала подложки и осаждаемой пленки должны быть близки по значению. Вполне понятно, что практически почти невозможно подобрать материалы для подложек, которые в равной степени пени удовлетворяли бы всем перечисленным требованиям.

В качестве подложек для гибридных ИС использую ситаллы, фотоситаллы, высокоглиноземистую и бериллиевую керамику, стекло, полиимид, а также металлы, покрытые диэлектрической пленкой.

Ситаллы ‒ это стеклокерамические материалы, получаемые путем термообработки (кристаллизации) стекла. Большинство ситаллов получено в системах Li₂О-Аl₂О₃-SiO₂-ТiO₂ и RО-Al₂О₃-SiO₂-ТiO₂ (где RО ‒ оксиды СаО, МgО, ВаО). В отличие от большинства высокопрочных тугоплавких кристаллических материалов ситаллы обладают хорошей гибкостью при формировании. Они имеют низкие диэлектрические потери, по электрической прочности не уступают лучшим сортам вакуумной керамики, и по механической прочности в 2‒3 раза прочнее стекла.

Из стекол в качестве подложек применяются аморфные силикатные стекла, бесщелочное, боросиликатное и кварцевое стекло.

Керамические подложки находят ограниченное применение из-за высокой пористости. Достоинствами этих подложек являются высокая прочность и теплопроводность. Так, например, подложка из керамики на основе ВеО обладает в 200‒250 раз более высокой теплопроводностью, чем стекло, поэтому при напряженных тепловых режимах целесообразно применять бериллиевую керамику. Помимо бериллиевой керамики, применяются высокоглиноземистая (94% Аl₂О₃) керамика, плотный алюмооксид, стеатитовая керамика, а также глазурованная керамика на основе окиси алюминия. Микронеровности необработанной керамики в сотни раз больше, чем у стекла, и достигают нескольких микрометров. Они могут быть значительно снижены путем полировки, однако при этом существенно загрязняется поверхность керамики.

Наличие загрязнений на подложке оказывает существенное влияние как на адгезию, так и на электрофизические свойства пленок. Поэтому перед осаждением приходится тщательно очищать подложки, а также защищать их от возможности появления масляных пленок, которые могут возникнуть в результате миграции паров рабочих жидкостей из насосов. Эффективным способом очистка является ионная бомбардировка поверхности подложки в плазме тлеющего разряда. Следует иметь в виду, что даже незначительное загрязнение может полностью изменить условия роста пленки. Если загрязнения располагаются на подложке в форме небольших изолированных друг от друга островков, то в зависимости от того, какая энергия связи больше ‒ между материалом пленки и материалом загрязнения или же между материалом пленки и подложкой ‒ пленка может образоваться либо на этих островках, либо на обнаженной части подложки.

Адгезия пленки в очень сильной степени зависит от наличия окисного слоя, который может возникнуть в процессе осаждения между пленкой и подложкой. Такой окисный слой образуется, например, при осаждении железа и нихрома, чем и объясняется хорошая адгезия этих пленок. Пленки из золота, которое не подвержено окислению, имеют плохую адгезию, и поэтому между золотом и подложкой приходится создавать промежуточный подслой из материала с высокой адгезией. Желательно, чтобы образующийся слой окисла был сосредоточен между пленкой и подложкой. Если же окисел будет диспергирован по всей пленке или же будет располагаться на ее поверхности, то свойства пленки могут сильно измениться. На образование окислов сильное влияние оказывают состав остаточных газов в рабочем объеме установки и в особенности наличие паров воды.