Меню Рубрики

Установка ионного легирования днепр

Ионно-лучевая установка ИЛУ-200 (разработка НИФТИ)

Назначение: модификация приповерхностных свойств твердых тел и тонких пленок, легирование полупроводников, ионно-лучевой синтез захороненных сплошных слоев и наноструктур, инженерия дефектов, а также формирование приборных слоев и структур микро-, нано- и оптоэлектроники.

Характеристики установки:

— имплантируемые примеси: H, He, B, C, N, F, Ne, Si, P, Ar, As, Ga, Ge.

— рабочее вещество для получения ионов: газ, твердое тело.

— максимальная масса иона: до 75 а.е.

— энергия ионов: 50-160 кэВ.

— ионный ток: до 500 мкА в зависимости от энергии и типа ионов.

— облучаемая площадь: до 30×30 мм 2 .

— однородность легирования: не хуже 10%.

возможность загрузки до 5 пластин диаметром 30 мм.

— пределы концентраций: от 10 -6 ат.% до 30 ат.%.

контроль профилей распределения с помощью выбора энергий ионов.

оснащена спектроскопической системой PGT Quantum System 4004X с детектором мягкого рентгеновского излучения IGX50129 (спектральный диапазон 180 эВ – 100 кэВ, разрешение 129 эВ при 5,9 кэВ), что позволяет исследовать химический состав, структуру и дефекты в кристаллах и упорядоченных системах непосредственно при ионном облучении.

Атомы внедряемой примеси ионизируются в источнике ионов, позволяющем получить пучки ионов различных веществ. Экстрагированный из источника и сфокусированный электростатической линзой ионный пучок ускоряется полем секционной трубки и разделяется по массам электромагнитным анализатором. Взаимодействуя с атомами мишени, ионы многократно рассеиваются, теряют энергию и останавливаются на некотором расстоянии от поверхности, обычно на глубинах 0,01-1 мкм.

В последние годы получены наноматериалы, представляющие собой тонкие пленки оксидных диэлектриков (SiO2, SiO2-GeO2, Al2O3, ZrO2), содержащие массивы полупроводниковых нанокластеров или нанокристаллов (Si, SixC, SixGey), сформированные путем имплантации в исходный материал фазообразующих ионов и последующего отжига при температураз 500-1200 0 С. Спектр оптического излучения материалов в видимом и ближнем ИК-диапазоне зависит от размеров нанокластеров, химического состава оксидной матрицы, и управляется путем вариации параметров ионной имплантации и отжига. Впервые установлена возможность улучшения люминесценции квантовых точек Si при ионном легировании фосфором. Предложен принципиально новый способ ионно-лучевого формирования люминесцирующих наноструктур путем облучения кремния ионами в области доз, переходных к аморфизации. Наноматериалы могут быть применены при создании устройств интегральной оптики, опто- и наноэлектроники, фотовольтаики а также в медицине.

источник

Раздел 8.1

Оборудование для ионной имплантации.

Преимущества ионного легирования перед термодиффузией (900-1300 °С)

1) Легирование атомами любых веществ независимо от предельной растворимости при любых температурах.

2) Создание в подложке скрытого слоя на некотором состоянии от поверхности подложки.

3) Получение неглубоких (до 1000 А (ангстрем)) легированных слоев в том числе ступенчатых.

4) Легирование подложки через защитный слой.

5) Легирование с высокой точностью глубиной и профилем распределение примесей в подложке путём изменения энергии и дозы вводимых ионов примесей.

К недостатком ионной имплантации можно отнести сложность оборудования и остаточные радиационные дефекты в подложке.

Установки ионной имплантации разделяют на три основных типа:

— больших доз с интенсивными ионными пучками

В установках малых и средних доз интенсивность тока ионного пучка составляют от

единиц микроампер до 500-800 мкА.

В установках больших доз (сильноточных) — от 1 до 200 мА.

Оба типа установок работают в области энергий от 30 до 200 кэВ. Максимальная энергия высокоэнергетических установок может превышать 1 МэВ.

Установки ионной имплантации обычно состоят из источника ионов 1, магнитного масс-сепаратора 3, систем ускорения 6 и сканирования 8 пучка, приемной камеры 9 и вакуумной системы. Основным отличием этих установок является потенциал приёмной камеры, масс-сепаратора и источника ионов относительно друг друга.

Компоновки установок ионной имплантации: а — малых и средних доз, б — с разделением ионов по массам после ускорения, в — сильноточных,

г — высокоэнергетических, д — больших доз; 1 — источник ионов, 2 — система вытягивания и первичного формирования пучка, 3 — магнитный масс-сепаратор, 4 — высоковольтный модуль, 5 — регулируемая диафрагма, б — система ускорения, 7 — фокусирующая линза, 8 -пластины электростатического сканирования и отклонения пучка, 9 — приемная камера

Наиболее широко используется установка малых и средних доз, энергия ионов которой не превышает 200 кэВ, а приемная камера находится под потенциалом земли и магнитная сепарация осуществляется до полного ускорения пучка. Энергия ионов в сепараторе низкая, габариты небольшие, малые магниты, маломощные источники питания электромагнитного сепаратора и ускорительной системы. Установку с разделением ионов по массам после ускорения обычно используют для исследовательских целей. Высокий ток нагрузки высоковольтного источника питания, а также увеличения вторичной электронной эмиссии, повышает опасность облучения рентгеновскими лучами.

— достоинством сильноточной установки является простая система управления и питания источника ионов и электромагнита, малое количество потребляемой энергии высокого напряжения, а недостатком — трудный доступ к приёмной камере, высокий потенциал на ней и сложность автоматизации загрузки — выгрузки пластин.

-Высокоэнергетическая установка позволяет, приложив высокий потенциал к приемной камере, получить сверхвысокую (до 500 кэВ) энергию ионов. При дальнейшем увеличении энергии ионов возникает сильное рентгеновское излучение.

-В установке больших доз источник ионов находится под высоким напряжением, полное их ускорение в системе первичного формирования и большие токи пучка, а также даёт возможность полной автоматизации всех режимов работы.

В качестве рабочих веществ в разрядную камеру источника ионов подают такие газы, как водород, гелий, аргон, азот или газообразные соединения ВFз,РНз и AsFe3. Используя твердые вещества, температура парообразования которых не превышает 1000 °С (олово Сп, галлий Ga, сурьму Сb), их предварительно нагревают, ионизируют пары и подают в источник ионов через натекатель, регулируя скорость испарения изменением температуры нагрева. Твердые вещества, температура парообразования которых превышает 1000 °С, сначала распыляют в атмосфере аргона или ксенона, а затем ионизируют в плазме этого газа.

Масс-сепараторы служат для выделения из общего ионного пучка ионов необходимой массы и заряда. Для экранирования рентгеновского излучения в электродах линз используют специальные материалы (например, свинцовую резину). Кроме того, рентгеновское излучение экранируют постоянными магнитами и металлическими экранами, устанавливаемыми непосредственно в системе однозазорного ускорения.

Наибольшая напряжённость магнитного поля на равновесной траектории составляет 100 кА/м (8000Э) что позволяет разделять ионы в диапазоне масс 1-200 а.е.м. на промежуточной энергии ионов 15 кэВ. Питание обмоток электромагнита осуществляется от стабилизированного источника питания. Магнитная сепарация приводит пучок в моноионное состояние определённого химического элемента с током от десятков до тысячи мкА. Масс-сепораторы на постоянных магнитах с ортогональными магнитными и электрическими полями с одновременным воздействием постоянного и переменного электрических полей. Сепарация ионного пучка основана на взаимодействии движущихся ионов с магнитными и электрическими полями под действием силы Лоренца F=q/c [V,B] сила Лоренца — на 1 элементарный носитель заряда q движущийся со скоростью v в магнитном поле индукцией В.

Фокусируют пучки независимо от массы ионов электростатическими квадрупольными (сдвоенными или строенными) или трехэлектродными линзами.

— Система ускорения (ускоритель) и формирования пучка представляет собой ус­корительную трубку, из кольцевых стеклянных (керамических) изоляторов и металлических электродов, спаянных между собой. Расположением ускорителя относительно других элементов определяются конструкции и габариты установки, а также распределение высоких потенциалов по ее частям. Система сканирования обеспечивает равномерное легирование по всей пластине. В магнитном поле устройства сканирования ионный пучок склоняется на определённый угол. Поскольку отклонять необходимо пучок одинаково заряженных и имеющих одинаковые значения импульсов , то угол отклонения будет зависеть только от напряжённости магнитного поля и его протяжённости вдоль траектории ионов. Форма, размеры полюсных наконечников и межполюсного зазора обеспечивают однородность магнитного поля во всей области его действия на ионный пучок. Частота вращения барабана 20 об/мин. Этим обеспечивается механическое сканирование подложек в горизонтальной, относительно пучка области. После проведения имплантации необходим отжиг пластин с целью уничтожения радиационных дефектов. Лучший отжег — электо — лучевой, лазерный или галогенными лампами. Рентгеновское излучение — вторичные электроны набирают энергию свыше 300 к.э.в. чтобы этого не было высоковольтные системы делят на несколько блоков, а в ионопроводе размещают магнитные ловушки отклоняющие вторичные электроны в оси ионопровода и не позволяющие им набирать высокую энергию. Цилиндр Фарадея используют для измерения дозы и настройки ионной оптики до высокоэнергетического . измерение дозы ионов осуществляется непосредственно с поверхности изолированного подложкодержателя 4 и с размещённой на нём подложки 5. в этом случае доза определяется общим током от зацитных экранов (корпуса цилиндра) и мишени к земле.

Читайте также:  Установка подземного резервуара для топлива

Установка «Везувий- ЗМ»малых и среди их доз, ток пучка которой равен от 10 до 1000 мкА, позволяет легировать полупроводниковые подложки диаметром 75, 100 и 150 мм ионами, обладающими энергией до 150 кэВ. Установка имеет устройство механического и электростатического сканирования пучка. Рабочими веществами являются трехфтористый бор, красный фосфор, металлические цинк и мышьяк. Производительность установки 400 подложек в час; неоднородность дозы имплантации 2 , неоднородность — 1%.

Установка «Везувий-8»предназначена для имплантации больших доз (6,25 * 10 15 ион /см 2 ) ионов массы до 20 а.е.м. и током 2-5 мА при энергии ионов до 100 КэВ для подложек диаметром 75, 100, 150 мм. Ионный разряд возбуждается в магнитном поле напряжённостью Н=15 кА/м (1200 Э), что необходимо для повышения эффективности ионизации газов и паров рабочих веществ. Ионный пучок ускоряется и поступает в масс-сепаратор. Масс-сепаратор представляет собой электромагнит секторного типа с углом поворота пучка 110° радиусом равновесной траектории 300 мм и межполосным зазором 50 мм.

У с т а н о в к а «Везувий9» используют для имплантации многозарядных ионов. При этом энергия однозарядных ионов фосфора, мышьяка, сурьмы составляет 0,6 МэВ. двухзарядных — 1.2 МэВ, а трехзарядных — 1.8 МэВ. Источник ионов позволяет получать пучки двухзарядных ионов этих веществ интенсивностью до 600 мкА, а трехзарядных —-до 150 мкЛ. Суммарное ускоряющее напряжение составляет 600 кВ. В установке использовано двухкоординатное механическое сканирование подложек диаметром 76 и 100 мм относительно неподвижного пучка ионов. В высоковольтной системе установки, разделенной на два блока, имеются магнитные ловушки, ограничивающие энергию вторичных электронов до 200 кэВ.

Установка «Везувий 9М»является модернизированным вариантом высокоэнергетической установки ионной имплантации «Везувип-9». Модернизация расширила технологические возможности и повысила надежность установки. Так. установка «Везувий-9М» оснащена более эффективными источниками многозарядных ионов, повышающими ток двухзарядных ионов фосфора, мышьяка и сурьмы до 400 мкЛ. Кроме того, они позволяют получить для имплантации ионы тяжелых элементов с кратностью заряда 4,5 и расширяют набор ионов, используемых для высокоэнергетической имплантации.

1 — привод вращения контейнера, 2 — нагреватель, 3 — контейнер с кассетами, 4 — приемная камера, 5 — дозиметр, 6 полупроводниковая подложка, 7 — вакуумный щелевой затвор, 8 — азотная ловушка, 9 -система однозазорного ускорения, 10 — настроечный цилиндр Фарадея, 11 — устройство электромагнитного сканирования, 12 — электромагнитный масс-сепаратор, 13 — источник ионов

Цилиндр фарадея: 1, 2 — заземленная и подавляющая диафрагмы, 3 — корпус цилиндра, 4 —подложко-держатель, 5 — подложка

NRтурбомолекулярный насос

источник

Основные параметры ионного легирования. Особенности ионного легирования

Основные параметры процесса ионного легирования.

1. Энергия ионов Е — энергия, с которой примесь внедряется в полупроводник.

E=q • n • U, где q — элементарный заряд;

n — кратность ионизации иона ( обычно n = 1 );

Энергия ионов определяет глубину проникновения примеси в пластину.

2. Плотность тока ионного пучка j

Обычно j = 0,1 — 100 мкА/см 2

Q = j • t; где t — время облучения полупроводниковой пластины.

Для ИМС используют дозы облучения Q = 0,02 – 1000 мкКул /см 2

Доза облучения определяет концентрацию внедренной в пластину примеси.

3. Угол наклона ионного пучка к направлению главной кристаллографической

Оси пластины.

Особенности ионного легирования.

1. высокая точность и воспроизводимость глубины и степени легирования за счет
легкого контроля параметров ионного легирования;

2. время процесса составляет несколько минут;
3. низкие температуры процесса;

4. возможность формирования практически любого профиля легирования;

5. точное воспроизведение рисунка маски при локальном легировании.

1. необходимость проведения отжига;

2. трудно воспроизводимы глубокие легированные слои;

3. сложно однородно залегировать пластины большого диаметра из-за расфокусировки ионного пучка;

Довольно часто на практике ионное легирование совмещают с процессом диффузии:

1. ионным легированием загоняют примесь в полупроводниковую пластину ( т.е. проводят «загонку» примеси), а затем пластины передают на диффузионный отжиг ( т.е. проводят «разгонку» примеси). Благодаря сочетанию достоинств легирования и диффузии получают нужное распределение примеси при необходимой глубине слоя.

2. в слой поликремния, лежащий на поверхности пластины, ионным
легированием внедряют примесь, а затем проводят диффузионный отжиг («разгонку»)
для перераспределения примеси из поликремния в пластину.

Тема: Плазмохимические процессы.

Общие сведения о вакууме, ионизации газа, плазме.

Вакуумомназывается разреженное состояние газа, т.е. такое состояние, при котором давление газа в некотором замкнутом герметичном объеме ниже атмосферного давления.

Для того, чтобы создать вакуум в какой- либо установке, из нее необходимо откачать газы. Идеальный вакуум получить нельзя ( вакуум — пустота ).

Единицами измерения вакуума являются: 1 Паскаль( Па ) или 1 мм ртутного столба.

1 мм рт. столба = 133 Па ( 1 Па = 1 Н/м 2 )

760 мм рт. столба ≈ 10 5 Па

Молекулы газа массой mв количестве n, находясь в замкнутом объеме и ударяясь со среднеквадратичной скоростью v о стенки сосуда ( в котором они находятся), создают в нем давление

Если Р = 10 5 – 10 1 Па, в сосуде создан низкий вакуум

Если Р = 10 -1 – 10 1 Па средний вакуум

Если Р = 10 -1 – 10 -5 Па — высокий вакуум

Если P -5 Па — сверхвысокий вакуум

Для получения вакуума в установках используются механические и диффузионные насосы.

Ионизацией газа называется процесс превращения нейтральных молекул газа в положительно заряженные ионы.

1 — нейтральная молекула газа

2′ — отраженный первичный электрон

4 — положительно заряженный ион газа

В обычных условиях в газе всегда присутствуют свободные электроны. Если в газ поместить катод и анод, то под действием электрического поля эти электроны начинают ускоряться при своём движении в сторону анода. Сталкиваясь на своём пути с

нейтральной молекулой газа, первичный электрон выбивает из молекулы газа вторичный

электрон, превращая нейтральную молекулу в положительно заряженный ион. Отраженный первичный электрон и вторичный электрон ускоряются под действием электрического поля и ионизируют другие молекулы газа.

При высоком напряжении электрического поля процесс ионизации газа приобретает лавинообразный характер. Газ становится проводником электрического тока.

При столкновении нейтральных молекул газа с электронами происходит возбуждение этих молекул и их ионизация. При этом концентрация положительно заряженных ионов газа и концентрация электронов приблизительно одинаковы и очень высоки. Такое состояние газовой среды называется плазмой.

Плазмохимическое осаждение SiO2

При плазмохимическом осаждении ( ПХО ) SiO2 происходит разложение сложных кремнийсодержащих соединений под действием высокочастотного ( ВЧ ) разряда, образующего в газовой среде при пониженном давлении низкотемпературную кислородную плазму.

Температура процесса более низкая, чем при пиролитическом осаждении SiО2, поэтому получаемый оксид кремния можно использовать для пассивации поверхности ИМС ( защиты от внешних воздействий ), т.к. при осаждении такого окисла не происходит взаимодействия кремния с металлом межсоединений, а созданные в полупроводниковой пластине области р- и n- типа проводимости не увеличивают своих размеров.

В качестве рабочих газов используют соединения кремния и окислители:

Скорость осаждения SiO2 в этом методе составляет 0,1 — 10 мкм/час. Осажденные пленки отличаются от пленок, полученных без плазмы, большей плотностью, лучшей адгезией, низким уровнем механических напряжений. Однако они имеют остаточный заряд.

Схема реактора установки для ПХО

6 — инфракрасный нагреватель

ПХО проводят в установках серии УВП.

Подложкодержатель выполнен в виде вращающейся пирамиды из дюралюминия, на внутренней поверхности которой крепятся пластины. Плазма зажигается между штыревыми электродами, включенными в сеть ВЧ- генератора. Газовую смесь подают через газораспределитель. Нагрев пластин осуществляется системой ИК- ламп.

Плазмохимическое травление ( ПХТ )

При изготовлении ИМС высокой степени интеграции ( БИС и СБИС ), размеры элементов которых достигают 0,5 — 1,0 мкм, жидкостные методы травления не могут быть использованы из-за их недостатков. Более эффективны при этом «сухие» методы обработки, основанные на взаимодействии газоразрядной плазмы с поверхностным слоем подложек.

При «сухих» методах нет бокового подтравливания, характерного для химического жидкостного травления, поэтому клин травления уменьшается ( или вообще отсутствует ), и вертикальный профиль рельефного рисунка элементов приближается к идеальному, т.е. процесс ПХТ — анизотропен.

Читайте также:  Установка профлиста вдоль забора

Кроме того, «сухое» травление слабо зависит от адгезии фоторезиста к подложке и после снятия фоторезиста не требуется проведения операций промывки и сушки пластин.

ПХТ основано на химическом разрушении технологического слоя, нанесенного на подложки, ионами химически активных газов, образующихся в газоразрядной плазме и обладающих большой реакционной способностью.

В качестве рабочего газа обычно используют галогеносодержащие газы, например, фреон-14 CF4.

В плазме фреона-14 образуются химически активные частицы — возбужденный атом фтора F* и положительно заряженный ион CF3 + :

Травление кремния и его соединений сопровождается реакциями:

Чтобы происходило анизотропное травление, давление в реакторе должно быть не более 10 Па. Для разбавления и обеспечения требуемых параметров травления в плазму дополнительно вводят кислород, аргон, азот. Присутствие в плазме кислорода повышает скорость ПХТ и способствует очистке поверхности от органических загрязнений.

1 — верхний электрод

В реакторе ВЧ-полем возбуждается газоразрядная плазма между двумя параллельными электродами, расположенными на расстоянии 15 — 40 мм друг от друга. Пластины находятся в области газового разряда. Для равномерного травления подложкодержатель вращают с частотой 0,1 об./сек.

Контролируют: величину наклона профиля травления и отклонение размеров, наличие сыпи и матовости на обработанной поверхности.

Плазмохимическое удаление фоторезиста ( ПХУФ )

ПХУФ — наиболее эффективный и безопасный процесс, одновременно обеспечивающий и очистку пластин.

ПХУФ выполняется в вакуумных реакторах в низкотемпературной смеси кислорода с азотом.

При t = 150 — 200° С ионы кислорода активно окисляют слой фоторезиста, образуя летучие соединения. Азот предохраняет открытые участки кремния от окисления. Длительность обработки существенно сокращается по сравнению с жидкостными методами.

Достоинства ПХУФ: Слабая зависимость процесса удаления фоторезиста от режимов задубливания; высокая чистота подложек; нетоксичность.

Недостатки ПХУФ: Невозможность удаления посторонних металлических

включений ( их удаляют дополнительной обработкой пластин в растворах кислот ), возможны радиационные дефекты.

Общие сведения о металлизации

В производстве полупроводниковых приборов и ИМС широко используются тонкие металлические пленки. Их применяют для изготовления тонкопленочных резисторов и конденсаторов, металлических дорожек ( межсоединений ) и контактных площадок. В зависимости от назначения элементов ИМС используют пленки из платины, золота, серебра, никеля, хрома, меди, алюминия, молибдена и др.

Процесс формирования межсоединений в ИМС складывается из двух этапов: металлизации и фотолитографии по металлической пленке.

Металлизация— это нанесение на кремниевую пластину, на которой уже

сформированы структуры, сплошной металлической пленки.

Фотолитография по металлической пленке обеспечивает требуемую форму ( конфигурацию ) металлических дорожек, а также формирует по краю кристалла ИМС контактные площадки, необходимые для присоединения ИМС к внешним выводам корпуса.

4 — внешний проволочный вывод корпуса ИМС

Металл, используемый для получения межсоединений, должен отвечать следующим требованиям:

1. Иметь высокую проводимость (хорошо проводить электрический ток);

2. Иметь хорошую адгезию к Si и к пленке SiО2,

3. Не подвергаться коррозии и окислению;

4. Не образовывать химических соединений с кремнием;

Наиболее полно этим требованиям отвечает высокочистый алюминий ( марки А 99).

Наибольшее распространение получили следующие методы нанесения тонких пленок: термическим испарением материалов в вакууме, ионным распылением и ионно — термическим испарением.

Термическое испарение в вакууме

Термическое испарение обладает рядом преимуществ:

1. В высоком вакууме можно наносить особо чистые пленки;

2. Относительная простота метода и автоматизация процесса позволяет
осаждать пленки с воспроизводимыми параметрами;

3. Высокие скорости роста пленки.

Термическое испарение основано на создании направленного потока пара вещества и последующей его конденсации на поверхности подложек, температура которых ниже температуры источника пара.

Схема термического испарения в вакууме

7 — уплотнительная прокладка

8 — опорная плита установки

Под колпак загружаются подложки и напыляемое вещество. Затем подколпачное пространство откачивают вакуумным насосом до давления 10 -4 Па. Это обеспечивает чистоту процесса и способствует созданию сплошного потока частиц в направлении подложек. Подложки нагревают до t

300°С и проводят их отжиг для того, чтобы обеспечить чистоту подложек. Затем температуру подложек снижают до 100°С.

Процесс ведется при нагретых подложках, чтобы обеспечить хорошее качество напыляемой пленки. Затем включают нагреватель напыляемого вещества и нагревают это вещество до температуры испарения.

Первая порция вещества испаряется на заслонку для того, чтобы установился равномерный поток вещества и чтобы в пленку не попали посторонние частицы.

Затем заслонка открывается и ведется напыление вещества на подложку до необходимой толщины. Толщина контролируется специальным датчиком. После проведения процесса заслонку закрывают.

Ионное распыление существенно отличается от термического испарения. При ионном распылении материалов пленка формируется в газовом разряде, процесс происходит при давлении от 1 до 10 2 Па и при меньшей, чем при термическом испарении, скорости роста пленки.

Катод-мишень, анод и подложки размещены в рабочей камере, в которой первоначально создается вакуум 10 -3 – 10 -4 Па. Затем в камеру напускается инертный газ ( аргон ) до давления 1 — 10 2 Па. При подаче на электроды напряжения 1 — 5 кВ электроны с катода — мишени устремляются в сторону анода, ионизируя инертный газ, в результате чего возникает тлеющий разряд и образуется плазма. Положительные ионы плазмы, ускоряясь, устремляются к катоду-мишени, бомбардируют и распыляют ее. Атомы напыляемого материала устремляются к подложкам, расположенным на аноде, и оседают на них тонкой пленкой.

При изготовлении металлизации контролируют качество напыленной пленки металла, прочность покрытия, толщину пленки, удельное поверхностное сопротивление.

Тема: Общие сведения о технологии сборочных работ.

Разделение пластин на кристаллы.

Основными технологическими операциями сборки полупроводниковых ИМС являются: разделение пластин на кристаллы, монтаж кристаллов, подсоединение электродных выводов, герметизация.

После автоматического контроля электрических параметров готовых структур ИМС пластины разделяют на кристаллы. Для этого пластины помещают на липкие эластичные ленты и разделяют не на всю толщину, а резкой или скрайбированием наносят механически ослабляющие материал риски (царапины). На этой же ленте выполняют разламывание пластин на кристаллы, гидромеханическую очистку от загрязнений деионизованной водой, сушку, визуальный контроль. В процессе визуального контроля отсортировывают отмеченные маркерной краской забракованные по электрическим параметрам кристаллы, а также кристаллы с механическими повреждениями, отслаиваниями пленок, остатками фоторезиста и др.

При равномерном растяжении эластичной ленты кристаллы раздвигаются, что делает удобным их захват инструментом для перемещения на следующую операцию — монтаж кристаллов, т.е. подсоединение к основанию корпуса.

Для разделения пластин применяют:

1) резку дисками с внешней режущей кромкой;

2) резку стальными полотнами;

4) скрайбирование алмазным резцом;

В промышленном производстве применяется в основном резка дисками с внешней режущей кромкой. Она высокопроизводительна, позволяет разделять толстые, а следовательно большого диаметра, пластины, а также диэлектрические подложки, обеспечивает воспроизводимые размеры и форму кристаллов со строго вертикальными боковыми гранями, а также большой выход годных структур, достигающий 98-100 %

Схема резки диском с внешней алмазосодержащей режущей кромкой.

1 — сопло подачи смазывающе-охлаждающей жидкости

6 — оправка (основание) для закрепления пластины.

Разламывают пластины по ослабленным рисками линиям. Известны три способа разламывания:

1) ручное разламывание цилиндрическим валиком;

2) разламывание на полусфере;

3) разламывание прокаткой между двумя цилиндрическими валиками.

В промышленном производстве применяется в основном разламывание прокаткой между двумя цилиндрическими валиками.Этот способ обеспечивает наиболее высокие производительность и качество кристаллов.

Контроль после разламывания выполняется визуально с помощью микроскопа. Отбраковывают неразделенные кристаллы, разделенные не по риске, с недопустимыми сколами, повреждениями металлизации и др.

Основными методами выполнения сборочных операций являются пайка, сварка и склеивание.

Пайкойназывается процесс получения неразъемного соединения деталей путем нагрева и последующего охлаждения при наличии между ними промежуточного материала — припоя.

При нагреве припоя до температуры плавления между припоем и соединяемыми деталями одновременно происходят:

1) растворение соединяемых материалов в жидком припое;

2) диффузия припоя в соединяемые материалы;

3) химическое взаимодействие припоя с материалами соединяемых деталей.

При охлаждении припой кристаллизуется у поверхности соединяемых деталей, вступая с ними в прочную металлическую связь.

Для того, чтобы обеспечить качественную пайку, поверхности соединяемых деталей необходимо очистить от оксидов и загрязнений. Для этого используют канифоль.

В зависимости от температуры плавления припоев различают:

1) низкотемпературную ( до 450°C )пайку, при которой используются низкотемпературные (мягкие) припои — сплавы олова со свинцом, олова с висмутом и др.

Читайте также:  Установка плинтуса каменной столешницы

2) высокотемпературную ( свыше 450°С )пайку, при которой используются высокотемпературные (твердые) припои — сплавы на основе серебра и др.

Припой дозируется в виде таблеток, дисков, шайб.

Соединение деталей выполняется встык, внахлестку, а также комбинированными способами. Прочность соединений внахлестку выше прочности соединений встык.

2) относительно невысокий нагрев соединяемых деталей;

3) возможность соединения деталей сложной конфигурации;

4) после пайки можно разъединить детали без разрушения их конструкции.

Для выполнения операций сборки ИМС применяют пайку в водородных печах, электропаяльником, ультразвуком, погружением в припой, излучением и др.

Сваркойназывается процесс получения неразъемного соединения деталей без участия припоя в результате их сближения на расстояние атомного воздействия.

Сварка отличается от пайки меньшими загрязнениями и газонасыщением мест контактирования, что обусловлено отсутствием припоя.

Для выполнения операций сборки ИМС наиболее часто применяют:

1) сварку давлением(термокомпрессионную, косвенным импульсным нагревом, ультразвуковую).

2) сварку плавлением(сдвоенным электродом, лазерную, электронно-лучевую).

Сварка давлениемоснована на одновременном действии температуры и давления на соединяемые детали. Детали при этом не расплавляются, а лишь увеличивается их пластичность, в результате которой между поверхностями соединяемых деталей возникает физический контакт и происходит взаимная диффузия.

Сварка плавлениемоснована на нагревании свариваемых деталей до температуры плавления. Материалы соединяемых деталей при этом расплавляются, а после охлаждения образуют сварной шов.

Склеиваниемназывается процесс получения неразъемного соединения деталей с помощью клея.

Клеевые соединения не требуют сложного оборудования, легко выполняются, но не обеспечивают хорошее качество контакта. Поэтому они применяются в основном для микросхем низкой мощности.

Для операций сборки применяют клеи на основе эпоксидных смол, полиимида и др.

Монтаж кристалла (посадка кристалла в корпус) — это подсоединение ИМС к основанию корпуса рабочей поверхностью вверх.

Требования, предъявляемые к монтажу кристаллов:

1) обеспечение высокой механической прочности соединений;

2) обеспечение хорошего теплоотвода от ИМС;

3) обеспечение хорошей электропроводности соединений;

4) температуры и сжимающие усилия при выполнении монтажа не должны нарушать ранее полученные соединения, ухудшать параметры ИМС, разрушать их механическую целостность.

Монтаж кристаллов осуществляют методами пайки или склеивания.

II. Подсоединение электродных выводов.

После подсоединения кристалла к основанию корпуса следует соединение контактных площадок ИМС с внешними выводами корпуса.

Эти соединения осуществляют в основном с помощью проволочного монтажа. Для проволочного монтажа используют проволочки из золота, алюминия, сплавов алюминий-кремний, алюминий — магний.

Основные особенности электродных соединений:

1) большая разница толщин соединяемых объектов;

2) сложность точного совмещения из-за малых размеров соединяемых объектов;

3) большой объем индивидуальных проволочных подсоединений;

4) высокий процент отказов ИМС из-за дефектов соединений.

Для присоединения электродных выводов применяют термокомпрессионную сварку («клином» внахлестку, «шариком» встык), сварку с косвенным импульсным нагревом, сварку сдвоенным электродом, ультразвуковую сварку, лазерную сварку.

Достоинства проволочного монтажа:

1) возможность визуального контроля качества соединений;

2) способность проволочных соединений передавать значительные мощности;

3) хорошая освоенность производством способов сварки проволочных контактов.

Герметизацию проводят для полной изоляции кристаллов ИМС от окружающей среды, содержащей влагу и активные вещества, способные вызвать коррозию, химические взаимодействия и, в результате, привести к выходу ИМС из строя.

Герметизация бывает корпусная и бескорпусная.

При корпусной герметизации предварительно изготавливают элементы корпусов -основания с изолированными выводами, крышки и вспомогательные детали.

После монтажа кристалла (посадки кристалла в корпус) и подсоединения электродных выводов к основанию корпуса присоединяют крышку, в результате чего образуется замкнутый объем.

Соединение крышки с основанием корпуса осуществляют методами сварки, пайки и склеивания (метод выбирают в зависимости от конструкции, типа и размера корпуса).

Корпуса бывают: металлостеклянные, металлокерамические, стеклянные, керамические, пластмассовые.

При бескорпусной герметизациипроцесс герметизации совмещен с формированием корпуса (т.е. корпус заранее не изготавливают). При этом методе свободное пространство между элементами ИМС заполняют полимеризующимся электроизоляционным составом (компаундом), который при затвердении образует монолитную оболочку. Компаунды изготавливают на основе эпоксидных или полиэфирных смол.

Бескорпусную герметизацию выполняют обволакиванием герметиком, заливкой полимером, литьевым прессованием.

Тема: Испытания. Заключительные операции.

Испытания. Заключительные операции.

После герметизации ИМС проводят электрические, механические, климатические и радиационные испытания. Необходимость этих испытаний обусловлена наличием скрытых дефектов в ИМС из-за использования материалов или технологических режимов, не отвечающих нужным требованиям, из-за несовершенства конструкции ИМС и т.п.

В процессе испытаний ИМС со скрытыми дефектами отбраковываются, и тем самым гарантируется надежность ИМС в условиях эксплуатации.

Надежность любого устройства характеризуется свойством этого устройства сохранять значения установленных параметров функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным условиям эксплуатации, хранения и транспортировки.

Показатели надежности— безотказность, долговечность, сохраняемость, срок службы.

Электрические испытания служат для проверки работоспособности ИМС, стабильности параметров ИМС в различных режимах. ИМС включают в электрическую схему, подавая на выводы ИМС максимальные напряжения и пропуская максимально допустимые токи, а затем выдерживают заданное время. Электрические испытания проводят на специальных стендах, обеспечивающих контроль и регистрацию параметров по заданной программе.

При механических испытаниях ИМС проверяют на вибропрочность, ударную прочность, воздействие линейных нагрузок. Электрические параметры ИМС контролируют после испытаний.

Климатические испытания включают проверку на теплоустойчивость, холодоустойчи­вость при эксплуатации и транспортировке, влагоустойчивость, устойчивость к пониженному и повышенному атмосферному давлению, воздействию морского тумана.

Радиационные испытания проводят для определения радиационной стойкости изделий, для чего ИМС подвергают воздействию заданной дозы рентгеновского или гамма — излучения, а также потока нейтронов. Электрические параметры ИМС контролируют после испытаний.

Для контроля качества ИМС проводят:

а) приемо-сдаточные испытания, контролируя качество каждой предъявляемой
к сдаче партии изделий и по результатам контроля принимая решение о возмож­-ности ее приемки и поставки;

б) периодические испытания, служащие для периодического (в определенные сроки) контроля качества изделий и подтверждения стабильности технологического процесса их изготовления за контролируемый период;

в) типовые испытания, проводимые при изменении конструкции, технологии,
материалов, оборудования, используемых при изготовлении данных изделий.

Особое значение имеют технологические испытания, целью которых является своевременная отбраковка потенциально ненадежных ИМС на всех этапах технологического процесса их изготовления. Технологические испытания проводят в процессе изготовления ИМС (входной контроль, межоперационный контроль) и на готовых изделиях (финишный контроль).

После прохождения всех этапов испытаний и измерений параметров выполняются заключительные технологические операции, и ИМС могут быть отправлены потребителям.

Заключительные технологические операции — это операции внешнего оформления, обеспечивающие защиту ИМС от внешних воздействий, удобство подсоединения в аппаратуру, а также дающие информацию о типе ИМС и внешнее эстетическое оформление.

К заключительным операциям относятся:

нанесение гальванического покрытия, окраска, маркировка, лакировка, облуживание, упаковка.

Список рекомендуемой литературы

по курсу «Общая технология производства полупроводниковых приборов».

1. Малышева И.А. Технология производства интегральных микросхем, М., Радио и связь, 1991

2. Парфенов О.Д. Технология микросхем, М., Высшая школа, 1986

3. Козырь И.Я., Горбунов Ю.И., Чернозубов Ю.С., Пономарев А.С. Общая технология, М., Высшая школа, 1989

4. Никифорова — Денисова С.Н. Механическая и химическая обработка, М.,

5. Никифорова — Денисова С.Н., Любушкин Е.Н. Термические процессы, М.,

6. Минайчев В.Е. Нанесение пленок в вакууме, М., Высшая школа, 1989

7. Мартынов В.В., Базарова Т.Е. Литографические процессы, М., Высшая школа, 1990

8. Семенов Ю.Г. Контроль качества, М., Высшая школа, 1990

2. Охрана труда и основы ЭВГ: [2] — стр. 32-38

3. Контрольно-измерительные приборы: материал производственного обучения

4. Оптические приборы: материал производственного обучения

5. Механическая обработка: [1] — стр. 50-70

6. Планарная технология: [1] — стр. 28-32

7. Химическая обработка: [1] — стр. 70-83

8. Эпитаксия: [1] — стр. 174-184

9. Окисление: [1] — стр. 151-160

10. Осаждение пленок нитрида кремния и поликремния: [1] — стр. 160-162

11. Фотолитография: [1] — стр. 98-121

12. Изготовление фотошаблонов: [7] — стр. 64-68

13. Диффузия: [1] — стр. 187-197

14. Ионное легирование: [1] — стр. 198-204

15. ПХО и ПХТ: [1] — стр. 89-93,162-163

16.Металлизация: [1] — стр. 141-151

17. Общие сведения о технологии сборочных работ: [1] — стр. 267-286, 290-302

18. Испытания. Заключительные операции: [1] — стр. 305-306

источник

Добавить комментарий