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

Основными методами герметизации являются заливка и опрессовка под давлением.

При герметизации заливкой пластмассой различных типов полупроводниковых приборов используют полый металлический цилиндр, который припаивают к медному основанию в виде диска пли прямоугольника. Это основание может иметь один или несколь­ ко изолированных внешних выводов. Внутрь цилиндра на нижнее основание напаивают кристалл с р— «-переходами. К кристаллу термокомпрессией крепят внешние электрические выводы. В ци­ линдр на половину объема заливают мягкий пластичный матери­ ал, например силиконовый каучук, и передают на термическую сушку. Оставшийся объем цилиндра заполняют эпоксидной смо­ лой, которая затвердевает при высокой температуре. Для увели­

к металлизированному торцу керамического цилиндра. Застывший компаунд покрывают проводящим составом из 20% эпоксидной смолы и 80% серебра.

При герметизации мощных приборов, которые имеют кристал­ лодержатель с винтом для крепления к теплоотводящему радиа­ тору, используют вместо металлического баллона корпуса заливку верхней части прибора компаундом. Чтобы обеспечить механиче­ скую прочность конструкции и прочную связь с основанием кристаллодержателя, в кристаллодержателе делают выступ.

При герметизации пластмассой приборов с аксиальными выво­ дами корпусом служит стакан из лолимеризованной эпоксидной смолы, имеющей отверстия для выводов. В стакан вставляют втул­ ку из органического компаунда, через отверстия которой проходят металлические выводы с припаянной к ним р — «-структурой, и заливают пластмассой.

Наиболее перспективным путем решения проблемы сборки и герметизации приборов является переход к сборке р — «-переходов на металлической ленте с последующей герметизацией пластмас­ сой. Прогрессивность этой технологии обусловлена возможностью механизации и автоматизации процессов сборки и герметизации пластмассой разнообразных приборов, изготовленных по планарной технологии: транзисторов, импульсных диодов, варикапов, стабилитронов, выпрямительных диодов, тиристоров.

Основным элементом конструкции пластмассового корпуса является металлическая лента. На рис. 122 показаны различные профили металлических лент, используемых для сборки и герме­ тизации диодов, транзисторов и тиристоров. Для выбора профиля металлической ленты необходимо исходить из размеров кристаллов

корпусе включает все элементы стандартной планарной техноло­

ния.

На качество присоединения кристалла кремния к металлической ленте оказывают влияние три фактора: время, температура сплав­ ления и сила прижатия кристалла к ленте.

Большое количество расплава золото — кремний приводит к вытеканию его из-под кристалла кремния, что вызывает механи­ ческие напряжения, трещины и раковины в структуре кристалла кремния при затвердевании расплава, снижает механическую проч­ ность соединения и ухудшает электрические параметры прибора.

При минимальных значениях времени, температуры и силы прижатия кристалла к поверхности ленты сплавление золота с кремнием происходит лишь в отдельных точках поверхности, вследствие чего готовый прибор имеет большое прямое падение напряжения.

Для кристаллов кремния толщиной от 0,25 до 0,4 мм и пло­

5 кГ/мм2.

Металлическую ленту изготовляют из ковара, латуни, меди, молибдена, стали, никеля. Наибольшее распространение получилалента из ковара, покрытая слоем никеля и имеющая полоску ши­ риной 1,5—2 мм, плакированную золотом.

Выводы к кристаллам с р— «-переходами и металлической ленте присоединяют термокомпрессией золотой проволоки диамет­ ром 30—50 мкм к позолоченным поверхностям кремния и коваро­ вой ленты. Термокомпрессию можно проводить по следующему режиму: температура верхнего нагревателя 600—700° С; темпера-

Рис. 123. Технологический процесс изготовления прибора в пластмас­ совом корпусе на ленте:

а —! т е р м и ч е с к о е о к и с л е н и е п л а с т и н , б — п е р в а я ф о т о л и т о г р а ф и я , в и г — д и ф ­ ф у з и я б о р а ( з а г о н к а и р а з г о н к а ) , д — в т о р а я ф о т о л и т о г р а ф и я , е — д и ф ф у з и я

ный режим термокомпрессии обычно выбирают на основе исследо­ вания максимальной механической прочности соединения вывода

Герметизируют собранные на ленте кристаллы с р — «-пере­ ходами двумя методами: заливкой в силиконовые формы или опрессовкой под давлением.

Герметизация заливкой различных компаундов в формыполу­ чила в настоящее время широкое применение при производстве транзисторов и диодов. Планарные структуры, размещенные на металлической ленте, опускают в специальные формы из силико­ новой резины, заполненные компаундом. Металлическую ленту разрезают на части, каждая из которых содержит 20 пленарных элементов, крепят пружинами в специальном приспособлении, соединяют с заливочной формой направляющими штифтами и заливают компаундом. После затвердевания пластмассы готовые приборы извлекают из формы и передают на термическую обра­ ботку.

Другой метод герметизации на ленте — опрессовка под давле­ нием— получил название трансферного прессования. Герметизируе­ мую ленту с кристаллами укладывают в пресс-форму, имеющую систему каналов (литников) и загрузочную камеру для прессматернала. Пресс-форму помещают между двумя плитами-нагрева­ телями двухходового гидравлического пресса, при работе которого' происходит смыкание двух половин пресс-формы и продавливание компаунда, перешедшего под действием температуры и давления

снятия давления и охлаждения пресс-формы компаунд затверде­

В настоящее время полупроводниковые диоды и транзисторы классифицируют по технологии изготовления (схема 1) и по на­ значению (схема 2). Следует отметить, что эта классификация является условной.

С х е м а 1

диффузии, сплавления или сочетанием этих двух методов. Прибо­ ры с плоским электронно-дырочным переходом в отличие от при­ боров с другими видами переходов обладают высокой механиче­ ской прочностью и могут иметь большую площадь переходов.

малую площадь. Микроплоскостной р — /г-переход изготовляют

методом вплавления тонкой проволочки или маленького шарика

Появившиеся в последнее время новые технологические направ­ ления (планарная, эпитаксиальная, меза-планарная и планарноэпитаксиальная технологии) позволяют получать высококачест­ венные диффузионные переходы очень малой площади, что значи­ тельно расширяет частотный предел диффузионных приборов и

часть разрушенного слоя и обнажается чистая поверхность мате­ риала. Окончательную отмывку кристаллов от продуктов реакции проводят горячей, а затем холодной деионизованной водой с удель­ ным сопротивлением не ниже 6—8 Мом.

Сушат кристаллы в термостатах, продуваемых инертными га­ зами, или в конвейерных печах инфракрасной сушки. Все операции стараются проводить таким образом, чтобы кристаллы после трав­ ления как можно меньше соприкасались с атмосферой цеха (уча­ стка) .

Просушенные кристаллы, поступившие на вплавление алюми­

Чтобы обеспечить хорошее контактирование, диск золотого сплава толщиной около 50 мкм и торец алюминиевой проволочки должны быть плоскими и не иметь заусенцев, кроме того, срез алюминия должен быть произведен непосредственно при сборке кассеты, а не заранее, так как алюминий на воздухе быстро покры­ вается пленкой окиси, которая препятствует сплавлению.

Загруженные кассеты помещают в кварцевую трубу вакуумнотермической установки и, получив давление 10~4—10~5 мм рт. ст., надвигают печь. Кассета с кристаллами должна размещаться в равномерной температурной зоне.

Режим вплавления зависит от назначения изготавливаемого при­ бора. Как правило, соблюдают следующий температурный режим:

обезгаживание кассеты с переходами при 300—400° С; подъем температуры до 540—560° С и выдержка 7—10 мин при

этой температуре для прогрева обрабатываемой кассеты; подъем температуры до 640—660° С и выдержка при этой тем­

пературе от нескольких секунд до минуты в зависимости от требо­ ваний к толщине базы конкретного прибора;

охлаждение кассеты до 80—100° С; разгрузка печи.

При термической обработке в вакууме алюминиевый столбик вплавляется в кристалл кремния n-типа и образует область р-типа проводимости, т. е. создается «сердце» прибора — р — «.-переход.

Диск сплава золота с сурьмой приплавляется к противополож­

Для контроля других характеристик полученную структуру необ­ ходимо сначала протравить, а затем защитить от вредного воз­ действия окружающей среды. Поэтому структуры, прошедшие предварительный контроль, загружают в специальные фторопла­ стовые кассеты, обеспечивающие хорошее контактирование кри­ сталлов с травителем. Травление проводят в кислотном травителе,

состоящем из 1 части HF и 2 частей HN0 3 , в течение 40—60 сек. Алюминиевый и золотой электроды в этом травителе не стравли­ ваются.

Далее окончательно промывают переходы деионизованной во­ дой и сушат. Затем кристаллы с переходами поступают на лаки­ ровку эмалью КО-97, а вслед за сушкой эмали р — «-переходы разбраковывают по электрическим параметрам. Некоторые сплав­ ные р — «-переходы защищают методом силанирования или хими­ ческим окислением.

Кристаллы, годные по электрическим параметрам и внешнему виду, поступают на сборку арматуры. Напаивают кристаллы на кристаллодержатели через вплавленный золотой диск низкотем­ пературными припоями на основе олова с добавкой индия или

ным удельным сопротивлением поступают на ориентированную наклейку и резку на пластины. Точная ориентация по оси (100) необходима для того, чтобы после получения соответствующих меза-структур расколоть пластину на кристаллы с мезой в сере­

Полученные пластины кремния шлифуют до заданных разме­ ров с точностью ± 1 0 мкм микропорошком М14 и М10 на шлифо­ вальных станках, а затем травят в кислотном травителе, состоя­ щем из 2 частей HF, 9 частей НЫОз и 4 частей СН3 СООН. При травлении снимается разрушенный слой и получается полирован­ ная поверхность. Далее пластины сушат и промывают.

В качестве диффузанта для получения р — «-перехода исполь­ зуют алюминий, напыленный на горячие кремниевые пластины. Диффузию проводят в силитовых печах при температуре около 1300°С в течение нескольких десятков часов. В результате диффу­ зии алюминий образует с двух сторон пластины слой р-типа про­ водимости. "~

Для диодной структуры необходимо р — /г-переход только с од­ ной стороны пластины, поэтому второй образовавшийся р-слой сошлифовывают порошком М10 до исходного кремния я-типа.

Для улучшения качества невыпрямляющего контакта произ­ водится делегирование пластин фосфором со стороны /г-типа. Диффузию фосфора проводят из стекловидного слоя. В качестве

ИСТОЧИИКа ДИффуЗИП ИСПОЛЬЗуЮТ О р т о ф о с ф о р н у ю КИСЛОТУ (Н3РО.1).

а — п л а с т и н а к р е м н и я п о с л е ш л и ф о в к и и к и с л о т н о г о т р а в л е н и я , б — з а щ и ­ т а в е р х н е г о т о р ц а п л а с т и н ы к р е м н и я л а к о м , в — н и к е л и р о в а н и е н е з а щ и ­ щ е н н о й п о в е р х н о с т и , г — о т м ы в к а л а к а и н а п ы л е н и е а л ю м и н и я на н и к е ­ л и р о в а н н у ю п о в е р х н о с т ь , д — п о л у ч е н и е р — л - п е р е х о д а д и ф ф у з и й н а воз ­ д у х е , в — л о к а л ь н а я з а щ и т а п о в е р х н о с т и со с т о р о н ы р - т и п а , ж — т р а в л е н и е м е з а - с т р у к т у р , з — з а щ и т а р — л - п е р е х о д о в с и л а н и р о в а н н е м , и — р а з д е л е ­

который намазывают на пластину через маску с отверстиями, соот­ ветствующими размеру требуемой меза-структуры и расположен­ ными друг относительно друга на заданном расстоянии, опре­ деляющем величину получающихся в дальнейшем кристаллов. Локальную защиту можно получать также, напыляя воск через соответствующую маску.

Пластины незащищенной стороны наклеивают воском на фто­ ропластовые диски и проводят травление меза-структур в коло­ кольных ваннах с медленным травителей, состоящим из 2 частей HF, 9 частей H N 0 3 и 4 частей СН3 СООН. За время травления образуются меза-структуры с р — /г-переходами, выходящими на