книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

снятия разрушенного слоя, химической полировки и доведения геометрических размеров до заданных величин;

очистки и создания микрошероховатостей на поверхности пла­ стины (для улучшения сцепления гальванических контактов с пла­

полупроводникового материала с вплавленным в него электрод­ ным сплавом.

В зависимости от назначения травления применяется тот или

и не предъявляющего высоких требований к состоянию полу­

приготовляют заранее и выдерживают не менее 10 мин. Пластины или кристаллы помещают во фторопластовый барабан с перфора­ цией по всей поверхности, а барабан помещают во фторопласто­ вый стакан с травителем. Чтобы обеспечить интенсивное переме­ шивание, рекомендуется вращать барабан с пластинами, одновре­ менно слегка приподнимая и опуская его.

По истечении установленного времени травления, контроли­ руемого по секундомеру, барабан с пластинами быстро перено­ сят в стоящий рядом стакан с деионизованной водой. Происходит резкое разбавление травителя водой, и реакция травления прекра­ щается. Затем пластины или кристаллы выкладывают в чистый стакан, стремясь, чтобы они не долго (секунды) оставались на воздухе. В дальнейшем, многократно меняя деионизованную воду, пластины или кристаллы отмывают от травителя.

В случае травления пластин и кристаллов с локальной защи­ той поверхности воском, пицеином, химически стойким лаком или другим составом, устойчивым к действию травильной смеси, необ­ ходимо особенно внимательно следить за температурой травителя, так как при длительном травлении в одном стакане возрастает температура травителя, и защитное покрытие сползает с материа­ ла. Поэтому при такой обработке применяют последовательное травление в двух-трех травителях. После каждого этапа травления пластины или кристаллы промывают. Время травления сохраняет­

строго контролироваться. Разгрузка термостата раньше времени приводит к получению некачествен­ ной поверхности материала: на по­ верхности остается тончайший слой воды. Слишком поздняя разгрузка термостата приводит к окислению поверхности.

Последнее время для сушки по­ сле травления применяют конвейер­ ные печи инфракрасной и ультра­ фиолетовой сушки. Сушка в лучах инфракрасной и ультрафиолетовой области спектра значительно ускоря­ ет процессы испарения влаги с по­ верхности полупроводникового мате­ риала. В сочетании с конвейерной подачей эти установки позволяют значительно повысить производи­ тельность операции.

Чтобы обеспечить качественное и контролируемое травление пластин, используют специальные колокола,

которые вращаются вокруг оси под углом 15—20° (рис. 68). Пла­ стины воском или химически стойким лаком наклеивают на фторо­ пластовые диски и помещают в колокол с травителей. При враще­ нии колокола диск катится по его стенке. Такая конструкция уста­ новки обеспечивает хорошее перемешивание травителя.

Этот метод чаще всего используют для получения пластин, очищенных химическим способом и имеющих достаточно точныеразмеры по толщине и плоскопараллельности. Кроме того, травле­

ла). Промывка и сушка после такого травления аналогичны опи­ санным промывке и сушке после травления в перфорированном, барабане.

§ 47. ПОЛУЧЕНИЕ МЕЗА-СТРУКТУР

Термин меза в переводе с испанского означает плато или стол. Структуры, полученные на полупроводниковом материале и име­ ющие внешний вид. плато (столиков), получили название мезаструктур. За последнее время разработан и выпускается целый.

ряд приборов, изготовленных с применением меза-технологии. Вид меза-структур на этих приборах значительно отличается друг ют друга: в одном случае это миниатюрное подобие горного плато

лые емкости перехода, а следовательно, дает возможность выпу­

в этом случае величина пробоя опре­ деляется в основном явлениями, про­ исходящими в объеме полупровод­ ника;

получение большого числа пере­ ходов при одних и тех же условиях обработки в сочетании с растянутым у поверхности переходом позволяет изготовлять высокостабильные при­ боры.

Получают меза-структуры, обра­ батывая полупроводниковые пластины и кристаллы с р — «-перехо­ дами в травильном растворе. Состав травнтеля и методика травле­ ния зависят от исходного материала, конфигурации образца, вида требуемой меза-структуры и ряда технологических факторов. Так, для получения меза-структур на пластине кремния с диффузионным р — «-переходом применяют следующий метод растравливания мез. На пластину наносят локальную защиту с таким расчетом, чтобы после травления верхушка мезы соответствовала размеру пятна за­ щитного покрытия.

В качестве защитных покрытий в этом случае могут быть ис­ пользованы воск, пицеин, асфальтит, химически стойкие лаки и эмали ХСЛ, так как они обладают хорошей химической стой­ костью и достаточным сцеплением с кремнием.

для создания которого не пришлось бы использовать гальваниче­ ские покрытия.

Металлы, покрывают тонкими пленками других металлов для защиты основного материала от воздействия внешней среды, об­ легчения пайки деталей, создания гладкой, ровной и блестящей поверхности, а также красивого внешнего вида изделий.

Для изготовления отдельных деталей полупроводниковых при­ боров обычно используют катодные покрытия. Для полной маски­ ровки основного материала от воздействия окружающей среды катодное покрытие должно быть достаточно толстым и, самое главное, плотным (непористым), иначе процесс разрушения основ­ ного материала будет ускорен. Поэтому для нанесения гальвани­ ческих покрытий стремятся получить мелкокристаллические, плот­ ные осадки, достаточно твердые, равномерные по толщине и имею­ щие прочное сцепление с основным металлом.

Огромное влияние на качество покрытий оказывают концентра­ ция и состав электролита, из которого осаждают металл. Все элек­ тролиты могут быть разделены на две группы: на электролиты, со­ стоящие из простых солей минеральных кислот, и сложные ком­ плексные соединения.

Первая группа электролитов образует крупнозернистые ме­ таллические покрытия. Для получения мелкокристаллических осадков следует увеличить концентрацию солей в электролите и плотность тока.

Вторая группа электролитов образует хорошие, плотные, мел­ козернистые осадки. Повышение плотности тока способствует об­ разованию мелкозернистых осадков металла.

Чтобы увеличить электропроводность электролитов, в них вво­ дят некоторые соли. Однако плотность тока можно увеличивать лишь до определенного предела. При излишнем повышении плот­ ности тока раствор у катода беднеет частицами осаждаемого ме­ талла, так как они не успевают прибывать из других мест раство­ ра к катоду, в результате чего усиливается выделение на катоде водорода и происходит образование порошкообразных, губчатых осадков. Поэтому при повышенной плотности тока следует переме­ шивать электролит, нагревать его и перемещать катод.

В большинстве гальванических процессов анодами служат пла­ стины из металла, осаждаемого на катоде, т. е. на деталях, загру­

лом, количество которого в процессе осаждения уменьшается. По­ этому стремятся так подобрать электролит и аноды, чтобы обеспе­ чить равномерное растворение анодов и равномерное осаждение металла. Величину поверхности анодов в большинстве случаев вы-

бирают одинаковой с поверхностью деталей или примерно в пол­ тора раза больше. И, наконец, основное требование к анодам — высокая чистота исходного материала.

Чтобы получить более качественные осадки и ускорить процесс, рекомендуется применять метод электроосаждения металлов при

ли подается плюс) детали становятся анодом, и осажденный ме­ талл частично растворяется, особенно на микровыступах, так как плотность тока на остриях больше, чем на ровной поверхности. Это обусловливает образование равномерных и качественных осадков.

Хорошие результаты получают при осаждении металлов мето­ дом реверсирования из цианистых и некоторых кислых электроли­

Для еще большего ускорения гальванических процессов реко­ мендуется использовать ультразвук. Наложение ультразвуковых колебаний при электролизе позволяет в несколько десятков раз по­ вышать плотность тока, одновременно улучшая качество и струк­

тройствами для подогрева и перемешивания; полуавтоматические; автоматические.

Стационарные ванны, используемые в полупроводниковом про­ изводстве, представляют собой прямоугольные резервуары ем­ костью 10—15 л. Как правило, эти ванны изготовляют из листов винипласта толщиной 5 мм.

Электролит, находящийся в ванне, подогревают паром, газом или электричеством. Стенки ванны для уменьшения потерь тепла покрывают теплоизоляционным материалом. Ванны с паровым

Этим методом обычно наносят металлы на мелкие детали. Пе­ риодическое встряхивание катода перемешивает не только элек­ тролит, но и детали, насыпанные в корзиночку, что позволяет по­ лучить ровное покрытие поверхности каждой детали.

Для покрытия мелких деталей используют также колокольные ванны (рис. 71); Сосудом для электролита служит опрокинутый колокол, круглый или граненый, изготовленный из токонепроводящего материала. Колокол в наклонном положении укрепляют

на вращающемся валу. Одновременно подводят два полюса тока с помощью анодного штатива или ток подают к катоду, от коллек­ тора, смонтированного на нижнем конце колокола. В колокол с

Рис. 71. Колокольная ванна:

а — с п о д в о д о м т о к а через к о л л е к т о р , 6 — при о д н о в р е ­ м е н н о м п о д в о д е т о к а от д в у х п о л ю с о в : ; — э л е к т р о д в и ­

электролитом загружают детали и опускают анод, который укреп­ ляют на штативе. При вращении колокола детали и электролит интенсивно перемешиваются.

которого в металлической сетке помещают детали. Форма и геомет­ рические размеры барабана и ванны зависят от конкретных произ-

водственных условий. Колокольный барабан отличается высокой производительностью (так как детали загружают навалом), хоро­ шим перемешиванием электролита и соразмерностью площади ка­ тода п анода, что позволяет повышать плотность тока. Кроме того, ванна может быть подогрета, что также способствует ускорению процесса.

Электролитическое осаждение металлов. Наиболее часто в по­ лупроводниковом производстве применяют лужение, меднение, ни­ келирование, серебрение и золочение поверхностей. После тщатель­ ного обезжиривания поверхности детали травят в водном растворе той или иной кислоты. Иногда применяют смесь кислот. Травле­ нием снимается окисный слой металла и окалина, а также часть поверхности металла, что способствует лучшему сцеплению по­ крытия с основным металлом.

Покрытие детали тем или иным металлом можно производить в электролитах различных составов. Рассмотрим некоторые ме­ тоды электрохимического осаждения металлов.

Лужение. Этот способ применяют для покрытия основного ме­ талла слоем олова. Оловянные покрытия широко используют бла­ годаря химической стойкости олова и низкой температуре его плавления. Оловом покрывают детали и узлы, подлежащие пайке. Плотный слой олова предохраняет деталь от коррозии.

Олово можно осаждать из кислых и щелочных электролитов. Осаждение олова из кислых электролитов происходит в два раза быстрее, чем из щелочных. Однако кислые электролиты по ряду причин применяют преимущественно для покрытия плоских изде­ лий и проволоки. Для получения на деталях сложной формы осад­ ков олова, имеющих тонкую структуру, рекомендуются щелочные электролиты. Поэтому в полупроводниковом производстве для лу­ жения чаще всего используют щелочные ванны. При этом приме­ няют следующий состав электролита в г/л: 60—90 хлористого оло­ ва, 10 едкого натрия, 15—20 уксуснокислого натрия, 2 перекиси водорода. Плотность тока 1,5—2 а/дм2; температура 65—75° С; на­ пряжение на ванне 3,5—4,4 в.

При работе со щелочными электролитами особое внимание нужно уделять содержанию щелочи в растворе. Избыток щелочи вызывает образование губчатых отложений. Недостаточная ще­ лочность приводит к отложению неплотных губчатых осадков.

Никелирование. Этот метод применяют для защиты основного металла от окисления и коррозии, а также, чтобы придать детали красивый внешний вид. Никелевые отложения имеют обычно мел­ кокристаллическую структуру и образуют плотные осадки. Нике­ лируют при производстве полупроводниковых приборов баллоны и кристаллодержатели, подлежащие холодной сварке, а также пластины полупроводникового материала.

Никелирование дает наилучшие результаты при высаживании никеля из кислых электролитов. Для никелирования в стационар­ ной ванне' (при никелевых анодах) рекомендуется следующий со­ став электролита в г/л: 140—200 сернокислого никеля, 40—60 сер-

нокислого натрия, 20—30 сернокислого магния, 25—30 борной кислоты, 5—7 хлористого натрия или хлористого калия. Плотность тока 0,5—1 а/дм2 при 18—20° С или 1,2—1,5 а/дм2 при 30—35° С; при перемешивании электролита плотность тока может быть уве­ личена до 2,5 а/дм2.

Основная соль всех никелевых электролитов — сернокислый никель. Для увеличения электропроводности раствора применяют сернокислый натрий. Сернокислый магний повышает кроющую способность раствора, а также придает осадку никеля белый цвет и делает его более мягким. Борная кислота регулирует устойчи­ вую кислотность никелевого электролита.

В нестационарных ваннах (колоколах и колокольных бараба­ нах) для ускорения процесса никелирования рекомендуется сле­ дующий состав электролита в г/л: 375—425 сернокислого никеля, 100—160 сернокислого натрия, 25—30 хлористого никеля, 30—45

образом растворы цианистых солей серебра, так как они обра­ зуют мелкозернистые, плотные и пластичные осадки. При серебре­

При приготовлении и работе с цианистыми электролитами сле­

са серебрения возможно при периодическом изменении направле­ ния тока (через 2,2 сек), что позволяет значительно (до 4 а/дм2) повысить его плотность, при этом качество серебряного покрытия значительно улучшается: оно получается плотным и почти блестя­ щим.

Золочение. Золочение применяют для защиты основного ме­ талла от действия внешней среды, улучшения электропроводности (для контактирующих деталей), обеспечения бесфлюсовой пайки деталей и для декоративных целей. При производстве полупровод­ никовых приборов золотят кристаллодержатели и баллоны при хо­ лодной сварке или бесфлюсовой пайке, а также выводы и пластин­ ки полупроводника.

калий (желтую кровяную соль). Главным компонентом электроли­ тов для золочения служит комплексная цианистая соль золота. Для получения удовлетворительных покрытий содержание золота в

натрия позволяет несколько повысить плотность тока, так как уве­ личивается электропроводность электролита.

Золочение деталей, как правило, проводят в колокольных ван­

Контрольные вопросы

1.Для чего проводят химическую обработку полупроводниковых пластин и кристаллов?

2.Какими травителями обрабатывают германий и кремний?

3. Каков принцип электрохимического травления полупроводниковых пластин

икристаллов?

4.Как получают меза-структуры?

5.Какие методы гальванических работ вы знаете?

6.Какие гальванические покрытия используются в полупроводниковом про­ изводстве?