Осаждение металлических пленок.

На различных этапах технологического процесса изготовление многих типов полупроводниковых приборов и интегральных схем на пластины, кристаллы или детали корпусов осаждают металлические покрытия. Не смотря на многообразие покрытий, и способов их осаждения в основном они преследуют 4 цели.

1. Создание выпрямляющих или не выпрямляющих контактов.

2. Создание электронных выводов, токоведущих дорожек и покрытий комическим контактом.

3. Нанесение многослойных металлических покрытий для получения консольных и шариковых выводов.

4. Защита поверхности металлических деталей и корпусов от коррозии.

Материалы для электролитов, используемых для создания выпрямляющих и не выпрямляющих проводов на кремнии, германии, осидините галлия и других полупроводниковых материалов должны удовлетворять потребностям марок ХЧ и ОСР. В электролите не должно быть примесей, изменяющих состав осаждающих пленок и их электрохимические свойства. Так присутствие в электролите донорных примесей приводит к тому, что на полупроводнике дырочного типа проводимости нельзя получить омические контакты, а наличие акцепторных примесей не позволяет на полупроводнике дырочного типа проводимости получить выпрямляющие контакты. Присутствие в электролитах нежелательных примесей ухудшает сцепление осаждаемых покрытий, приводит к отслаиванию, шелушению, вздутию, неравномерности по толщине, поэтому необходимо тщательно контролировать химический состав исходных материалов. Примеси могут попасть в электролиты из посуды, поэтому в производстве полупроводниковой техники готовят электролиты в керамической, стеклянной, винипластовой, фторопластовой и кварцевой посуде. Примеси могут так же попадать из воды, которая является составной частью электролитов. Обычно даже дистиллированная вода содержит большое количество различных ионов металлов. Поэтому в полупроводниковой технологии для приготовления электролитов используют только деионизированную воду. Кроме того нежелательные примеси могут попадать в электролит из материалов анода. Количество содержащихся примесей в аноде определяют химическим или спектральным методом. Все исходные вещества в электролите должны растворятся без осадка. Разберем основные покрытия, применяемые в электронной технике: Омеднение. Используют как подслой при покрытии никелем, хромом, серебром и золотом и проводят из цианистых и кислых электролитов. Цианистые электролиты готовят на основе цианистой меди и свободного цианида.

CuCN – 15г/л

NaCN – 15г/л

Na₂SO₄ – 30 г/л

T – 18-20C^o.

Кислые электролиты применяют для наращивания толстых слоев меди на изделие из стали, никеля, ковара и других металлов. Для улучшения структуры осажденного слоя меди в электролит добавляют фенол, этиловый спирт, сернокислый натрий и другие компоненты. Эти электролиты обычно состоят из медного купороса и серной кислоты.

CuSO₄ – 20г/л

H₂SO₄ – 5г/л

Спирт или фенол – 1-2г/л

t – 20-25C^o, Дк – 2-3 а/дм², η = 95%.

Аноды медной пластины толщиной 4-8мм.

Никелирование. Никелированные покрытия служат как в качестве антикоррозионных также как защитно декоративных покрытий. Используется покрытие как барьерный подслой, например под золотые покрытия. Барьерный подслой – слой, предохраняющий непосредственный контакт золота и подложки, так как золото может легко диффундировать в подложку. Для никелирования используют кислые и слабокислые электролиты, в состав которых входят соли содержание никель и химические соединения, назначением которых является повышение электропроводности и поддержание определенной кислотности. Готовят эти электролиты из солей, содержащих никель и сернокислые никели, борфтористого и двойной соли никеля. Наиболее часто используют сернокислый никель, солям увеличивающих электропроводность никелевого электролита относятся сернокислые соли магния и натрия. В качестве буферных соединений препятствующих изменению кислотности электролита применяют борную кислоту и уксуснокислый натрий. Для активирования анода в никелевый электролит вводят ионы хлора в виде натрий хлор, калий хлор, никель хлор. Чтобы придать никелевому покрытию блеск добавляют органические вещества: муравьиную кислоту, формальдегид и различные ароматические соединения. При составлении электролитов для никелирования необходимо учитывать два обстоятельства: при концентрации ионов водорода с показателем pH ≥6 образуется гидроокись кислорода и осадок имеет темный цвет. А при pH < 4 количество водорода включенного в осадок увеличивается, вследствие чего покрытие хрупкое с плохим сцеплением, поэтому предел pH никелирования = 4-6. Типичный состав никелирования электролита следующий: NiSO₄ – 150-200г/л, NaSO₄ – 70г/л, MgSO₄ – 10г/л, H3BO₃ – 30г/л, NaCl – 5г/л, t – 18-20C^o, Дк = 0.5-1 а/дм², pH = 4-6

Серебрение. Серебряные покрытия используют для производства радиоэлектронной аппаратуры, для повышения электропроводности токонесущих элементов, покрытий внутренних поверхностей волноводов и уменьшение переходного сопротивления в контактах. Серебро наносят на изделия и детали из меди и медных сплавов и других металлов. Для серебрения используют цианистые электролиты, так как они наиболее стабильные и долговечные и образуют мелкозернистые, плотные и пластичные пленки серебра. Состав наиболее часто используемый: КAg(CN)₂ – дицианоаргентат калия (10г/л). KCN_св – 15-20г/л, К2СО3 – 5г/л, t – 18-20C^o, Дк – 1а/дм², аноды – Ag 99.9, примеси не более 0.15%.

Золочение. Один из самых распространённых в электронной технике вид электрохимических покрытий. Они позволяют проводить химическую обработку травления, собранного на ножки полупроводникового кристалла, с активными элементами в смесях содержащих плавиковую, азотную и уксусную кислоты. Присоединять тонкие проволочные электроды к полупроводниковому кристаллу и ножки корпуса методом термокомпрессии. Выполнять пайку отдельных элементов корпуса и прибора. Кроме того золотые покрытия улучшают и стабилизируют электропроводность контактов. Их тепловые свойства защищают их от атмосферной коррозии. Предают изделиям и деталям декоративный вид. Известно 4 класса электролитов золочения: щелочные, слабощелочные, слабокислые, слабокислые и кислые. Кроме основных компонентов комплексной соли золота и цианида в электролиты вводят различные добавки, улучшающие физико-химические или механические свойства. Аноды золочения используют платиновые, золотые, графитовые и нержавеющие стали. Основное применение нашли кислые электролиты на основе соли золота, дицианоаурата калия и лимонной кислоты. (в тетради у Сани)

Для получения золотых омических контактов на полупроводниковых материалах n типа проводимости используются электролиты с примесью сурьмы. Наряду с электрохимическим способом нанесения золота широко используется химическое золочение из растворов, содержащих дицианоаурат и восстановитель (дипофосфид). Скорость осаждения не велика, до 1 микрона в час и зависит от температуры и концентрации золота в растворе. Преимуществом химического золочения является достижение равномерного и менее пористого покрытия на сложно профилированных деталях и упрощение оборудования и технологического процесса, а недостатком является трудность получения пленок толщиной более 5мкм. Так как золотые покрытия дороги, часто используют сплавы золото-серебро, золото-медь, золото-кобольд, золото-никель, а так же различные технологические способы уменьшающие толщину золотых покрытий, но сохраняющие их функциональность. Например: реверсирование тока, многослойное покрытие, применение нестационарных режимов осаждения.

Электролиты для создания контактных выступов на полупроводниковых пластинах. Электрохимическое осаждение используют для наращивания на поверхность полупроводниковых пластин, локальных металлических участков, которые служат выводами 2 типов, активным и пассивным структурам: консольными (балочными) и объемными (шариковыми). Омические контакты в виде выступов позволяют полностью автоматизировать процесс сборки полупроводниковых приборов и соединять пайкой в инертной среде интегральную схему с плоской пластиной, на которую нанесен печатный монтаж. Для локального осаждения сплава олово-никель с содержанием 65% олова, и 35% никеля проводят осаждение в электролите следующего состава:

*списать у Сани*

Для локального осаждения сплава золото-серебро используют сильнощелочные электролиты содержание цианистые комплексы золота и серебра. Причем, так как серебро в цианистых электролитах имеет более положительный потенциал чем золото, то содержание его должно быть в 10 раз меньше. Состав электролитов выглядит так:

*списать у Сани*