Реферат: Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов
Получение защитной плёнки на поверхности полупроводникового кристалла анодным окислением может проводиться в электролите, состоящем из борной кислоты, гликоля и водного раствора аммиака. При прохождении через полупроводниковый кристалл постоянного тока от 1 до 50 мА в течение 1,5 часа на поверхности кристалла образуется изолирующий слой окиси. После анодной обработки кристаллы промывают в деионизованной воде и сушат в потоке горячего воздуха.
Процесс промывки полупроводниковых пластин и кристалов.
Очистка полупроводниковых приборов перед герметизацией.
Полупроводниковые приборы и микросхемы перед сборкой очищают и защищают от воздействия внешней среды.
Очистка перед сборкой включает обезжиривание, промывку деионизированной водой в ультразвуковой ванне и сушку на инфракрасной установке. Финишную очистку перед защитой обычно выполняют этиловым спиртом в ультразвуковой ванне. Более эффективная очистка включает обезжиривание в водно–аммиачном растворе поверхностно–активного вещества (30 г/л водного аммиака, 3 г/л синтанола ДС–10), отмывку проточной деионизированной водой в ультразвуковой ванне (устройства, имеющие детали из меди или малоуглеродистой стали, необходимо также обезжиривать в ацетоне) и сушку в атмосфере азота.
Важнейшей проблемой является надёжная защита готовых изделий от влаги. Так как молекулы воды очень малы, влага быстро диффундирует через микропоры и микротрещины защитных покрытий и в результате на поверхности полупроводниковых кристаллов возникает положительный заряд, который может изменить поверхностное сопротивление и привести к образованию поверхностных каналов проводимости. Адсорбированная влага изменяет скорость поверхностной рекомбинации, а следовательно. И время жизни носителей заряда. Так как процесс конденсации воды на поверхности полупроводника обратим, при высокой относительной влажности (более 90%) достаточно даже небольшого охлаждения (0,5–1 С) для выпадения росы, что заметно изменяет параметры полупроводниковых приборов.
Вода легко вступает в реакцию со многими загрязнениями, присутствующие в атмосфере и на поверхности полупроводника. В результате этих реакций на поверхности полупроводника образуются растворы солей, кислот, щелочей, которые вызывают нестабильность параметров приборов и сокращают срок их службы. Кроме того, влага является причиной разрушений защитных покрытий в процессе термоциклирования (при замерзании объем воды увеличивается на 8-9%, что создает высокие механические напряжения в защитном покрытии) и изменении их диэлектрических свойств, что может вызвать изменение плотности заряда на границе защитное покрытие – поверхность полупроводника и нестабильную работу проводника.
Особенно велика вероятность проникновения воды через органические защитные покрытия. Процесс проникновения начинается с набухания покрытия. При этом в результате тепловых движений образуются зазоры между молекулами органического материала, в которые и проникает влага. Внедрившись в состав органического вещества, молекулы воды диффундируют в направлении к поверхности полупроводника. Набухание защитной оболочки и диффузия влаги через нее протекают довольно медленно, а после того как влага достигнет поверхности полупроводника, скорость её проникновения через защитное покрытие резко возрастает. Это можно объяснить следующим. Под защитной оболочкой образуется водный раствор солевых загрязнений, всегда имеющихся на поверхности полупроводника, с высокой концентрацией ионов, а с внешней её стороны – с низкой концентрацией, что обуславливает осмотический перенос влаги через защитное покрытие, его отслаивание и вспучивание. Если раствор и чистый растворитель(или два раствора неодинаковой концентрации) привести в соприкосновении через полупроницаемую перепонку, можно наблюдать переход растворителя через нее, вызывающий уменьшение концентрации более крепкого раствора. Это явление называют осмосом, а перенос растворителя через перепонку - осмотическим. Осмотический перенос влаги протекает с высокой скоростью.
Таким образом, все защитные органические материалы(лаки, компаунды, смолы, фоторезисторы и др.)не обеспечивают абсолютную защиту поверхности полупроводника от воздействия влаги, а лишь некоторое время сохраняют влагозащитные свойства. Для увеличения влагостойкости органических защитных покрытий необходимо тщательно удалять водорастворимые примеси с поверхности полупроводника и из самого защитного покрытия, придавать поверхности полупроводника водоотталкивающие свойства (гидрофобизация поверхности), использовать влагопоглотители.
Основными способами защиты полупроводниковых приборов и микросхем являются нанесение защитных покрытий на поверхность полупроводниковых пластин и кристаллов и герметизация приборов и микросхем. В микроэлектронике широко распространены химические методы формирования защитных покрытий, герметизация полимерных материалов, а также в корпусах с применением влагопоглотителей.
Состояние и свойства поверхности полупроводников.
Электрические параметры полупроводников, а также их способность работать в течение длительного времени во многом зависит от состояния и степени чистоты поверхности полупроводника, поэтому перед герметизацией полупроводникового прибора необходимо произвести очистку поверхности изделия.
Электрические свойства поверхности полупроводника отличаются от электрических свойств его объёма, так как поверхностные атомы имеют свободные валентные связи, образующиеся в результате разрыва кристаллической решётки. Состояние поверхности полупроводника зависит от механических, физических и химических методов обработки, а так же от условий окружающей среды.
При механической и физической обработке образуется слой с нарушенной кристаллической решёткой и поверхность становится шероховатой, загрязняется , а при химической она покрывается оксидной плёнкой , толщина которой зависит от применяемых реактивов и режимов обработки, и загрязняется присутствующими в реактивах примесями. Под воздействием окружающей среды электрические свойства незащищённой поверхности полупроводника изменяются, увеличивается толщина оксидных плёнок и она дополнительно загрязняется. Загрязнения, попадающие на поверхность полупроводника из окружающей среды. А также при взаимодействии с технологическими средами и химическими реактивами, ухудшают и вызывают дрейф характеристик полупроводниковых приборов. Особенно опасны загрязнения поверхности интегральных схем, на единице площади которых расположено большое количество полупроводниковых элементов. Так, загрязнение даже одного микроучастка может вывести из строя всю микросхему.
Очистка поверхности полупроводника и её защита от внешних атмосферных воздействий являются сложными технологическими процессами.
Различают загрязненную, чистую и атомарно чистую поверхности. Загрязнённая поверхность требует очистки. Чистой считается поверхность, на которой остаются допустимое количество загрязненний, а атомарно-чистой – на которой отсутствуют какие–либо посторонние вещества. Предъявляемые на различных этапах изготовления полупроводниковых приборов и микросхем требования к чистоте поверхности неодинаковы. Поверхность, чистая для одной операции, может оказаться недопустимо грязной для другой.
Источниками загрязнения поверхности полупроводниковых пластин , кристаллов являются: абразивные, смазочные и клеящие материалы, используемые при механической обработке; пыль, водяные пары, пары масел, попадающие из атмосферы производственных помещений; технологические среды (газы, вода, химические реактивы), в которых обрабатываются полупроводники, а также инструмент, оснастки, тара для переноса и хранения, с которыми они соприкасаются ; материалы покрытий для защиты герметизации полупроводниковых приборов. Продукты дыхания, отпечатки пальцев, кремы, пудры, аэрозоли также загрязняют поверхность. Поверхностные загрязнения можно разделить на молекулярные, ионные и атомарные.
К молекулярным относятся органические (натуральные и синтетические воски, смолы, масла, жир, остатки фоторезистов, растворителей и др.) и механические (пыль, абразивные частицы, ворсинки, частицы металлов, полупроводников, кварца и других технологических материалов) загрязнения, плёнки химических соединений (оксидов, сульфидов, нитридов и др.), образующиеся при химической и термической обработке полупроводниковых пластин и их хранении, а также газы и пары.
Молекулярные загрязнения закрепляются на поверхности полупроводника статически. Исключение составляют плёнки химических соединений, имеющие прочную химическую связь с поверхностью полупроводника. Молекулярные загрязнения вызывают брак. Так при выращивании эпитаксиальных слоёв из-за микроскопических молекулярных загрязнений образуются дефекты кристаллической решётки. Остатки молекулярных загрязнений снижают качество фотолитографической обработки и вызывают быстрый износ фотошаблонов. Нерастворимые в воде органические загрязнения делают поверхность гидрофобной, что препятствует её очистки от ионных и атомарных примесей, поэтому их удаление должно быть первым этапом очистки.
К ионным загрязнениям относятся растворимые в воде соли, кислоты и основания, которые осаждаются на поверхности пластин из травильных и моющих растворов. Особое вредное воздействие оказывают ионы щелочных металлов, которые при повышении температуры или под воздействием электрического поля могут перемещаться по поверхности, что при водит к изменениям электрических характеристик полупроводниковых приборов и в некоторых случаях к выходу их из строя. Ионные загрязнения адсорбируются на поверхности , образуя с ней физическую и химическую связь.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
