Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

ультразвуковых колебаний и высоких ультразвуковых частотах. Опасность

возникновения резонансных повреждений на определённой частоте определяют

опытным путём. Также неправильно подобранная моющая жидкость может

оказывать разрушающее или коррозионное воздействие на конструкционные

элементы полупроводниковых изделий, защитные покрытия, а также

оборудование. Состав моющего раствора и режим работы ультразвуковой ванны

нужно подбирать так, чтобы исключить возможность повреждений изделий и

обеспечить высокое качество их очистки при минимальных затратах времени.

Применение ультразвуковой обработки в полупроводниковом производстве

в несколько раз снижает трудоёмкость операций очистки и значительно

повышает качество.

Определение чистоты поверхности.

После отмывки необходимо контролировать чистоту поверхности, чтобы

предупредить выход брака из-за поступления недостаточно чистых изделий на

последующие технологические операции.

В полупроводниковом производстве основными требованиями,

предъявляемыми к методам контроля чистоты поверхности, является высокая

чувствительность измерений и возможность их применения в промышленных

условиях.

Различают прямые и косвенные методы определения чистоты поверхности.

Прямые методы позволяют определять загрязнения непосредственно на

поверхности контролируемых деталей. Среди них большое распространение

получил микроскопический метод, основанный на смачиваемости, и метод

разности потенциалов.. Высокую чувствительность обеспечивает метод

радиактивных изотпов. Косвенные методы основаны на удалении с поверхности

загрязнений растворителями или стравлением загрязнённого слоя в травильных

смесях и применяются главным образом в лабораторных условиях. Поэтому из

косвенных методов метод измерения удельного сопротивления моющих растворов

применяется на производстве.

Микроскопический метод. Наблюдение поверхности производят в светлом

или темном поле микроскопа, чаще в темном. Чтобы исключить попадание в

объектив микроскопа отражения от поверхности лучей, используют косое

освещение. Наблюдения в темном поле позволяет выявить в виде светящихся

точек твёрдые загрязнения, островки оксидных плёнок, дефекты поверхности,

остатки растворителя. Степень чистоты поверхности определяется количеством

светящихся точек в поле зрения микроскопа при определённом освещении.

Этот метод в настоящее время общепринят для контроля чистоты поверхности

полупроводниковых пластин, так как с микроскопическими твёрдыми и

коллоидными загрязнениями удаляются и другие. Метод наблюдения в тёмном

поле не позволяет судить о составе загрязнений и в этом его недостаток.

Методы, основанные на смачиваемости. Контроль чистоты поверхности

этими методами выполняют окунанием в чистую воду, распылением её,

измерением угла смачивания, а также конденсации и запотеванию.

При окунании в чистую воду поверхности полупроводников и металлов,

свободная от жировых загрязнений, способна удерживать непрерывную плёнку

воды. Жировые (гидрофобные) загрязнения разрывают эту плёнку. Для контроля

промытую влажную деталь погружают в холодную чистую воду, так как тёплая

вода может быстро испариться, а если в воде присутствуют загрязнения в виде

масел, смачивающих реагентов или поверхностно-активных веществ, непрерывная

плёнка может образоваться и на загрязнённой поверхности.

Затем деталь извлекают из воды и с нею в течение примерно 20 с должен

стечь избыток воды. При более длительном времени стекания может произойти

разрыв плёнки воды из-за испарения.. Далее визуально определяют

непрерывность плёнки воды и, если имеются разрывы, очистку поверхности

следует повторить. Время необходимое для разрыва плёнки воды,

характеризует степень загрязнения поверхности. При количестве органических

загрязнений на поверхности более 10-5 г/см2 плёнка воды разрывается

мгновенно, а при 3*10-6 г/см2 – примерно через 60 секунд.

Распылением чистоту поверхности контролируют сразу после её очистки и

прокаливания. Для этого на ещё влажную поверхность распылением наносят с

расстоянии примерно 65 см до полного её смачивания чистую холодную воду.

На загрязнённых участках поверхности после распыления образуется узор из

капелек, которые сохраняются в течение 15-20 минут. Продолжительность

распыления определяют опытным путём. Чтобы повысить чувствительность

метода , в распыляемую воду добавляют красящее вещество и контролируюмые

пластины после образования рисунка сушат. При этом происходит закрепления

рисунка загрязнений, так как краситель остаётся только на местах

загрязнений. Рисунок загрязнений сохраняют в течении нескольких дней. По

чувствительности метод распыления воды с красителем в 10–20 раз превышает

метод распыления чистой водой.

Измерение угла смачивания каплей воды, помещённой на поверхности ,

позволяет определить чистоту. При этом методе возможны три случая:

. капля хорошо растекается, следовательно, угол смачивания очень мал и

поверхность чистая , гидрофильная.

. капля остаётся на поверхности в виде шарика, при этом угол смачивания

примерно 900 , что свидетельствует о загрязнении поверхности

органическими (гидрофобными) веществами.

. капля частично растекается , образуя с поверхностью некоторый

промежуточный промежуточный краевой угол, по которому можно судить о

степени чистоты поверхности

Для измерения угла смачивания служить установка УКУС–1, с помощью

которой увеличенное изображение капли воды проектируется на экран и

измеряется краевой угол.

Метод конденсации основан на наблюдении смачиваемости поверхности

детали, охлождённой до температуры ниже точки росы, конденсатом. При

контроле детали кладут в чистый сухой стакан, который помещают в сосуд

Дьюара с жидким азотом и охлаждают 2–5 минут. После извлечения из азота на

поверхности деталей образуется слой инея, который через некоторое время

начинает таять. Смачивание поверхности конденсатом наблюдают в момент

образования жидкой фазы. При отсутствии гидрофобных соединений конденсат

покрывает поверхность ровным слоем, а при их наличии на поверхности

образуется отдельные капли конденсата.

Метод конденсации исключает дополнительное загрязнение поверхности, в

чём и состоит его преимущество перед методом распыления. Чтобы поверхность

не загрязнялась органическими веществами из воздуха, контроль необходимо

выполнять в чистой атмосфере.

Метод запотевания состоит в том, что испытуемую поверхность

обрабатывают в течение 2–3 минут струёй пара из парообразователя. При

отсутствии органических загрязнений поверхность омывается сплошной

плёнкой конденсата, а при наличии загрязнений поверхность покрывается

капельками конденсата, образуется фигуры запотевания. Этот метод обладает

высокой чувствительностью и прост в применении. После контроля

полупроводниковую пластину можно использовать в производстве без

дополнительной очистки. Метод запотевания удобен для определения чистоты

поверхности стеклянных изделий, для которых неприменим метод конденсации,

так как при охлаждении в азоте стекло может растрескаться. Этим методом

невозможно контролировать чистоту поверхности материалов , у которых

высокая теплопроводность, так как трудно заметить момент образования на

них капель конденсата.

Все методы контроля чистоты поверхности, основанные на смачивании

водой, неприменимы для контроля чистоты после отмывки в растворителях или

их парах, так как поверхность, обрабатываемая в растворителях, гидрофобна

и при контроле на смачиваемость дает 100% загрязняемость. Кроме того,

этими методами нельзя обнаружить гидрофобные загрязнения, если имеются

следы смачивающих поверхностно-активных веществ. В этом случае даже при

наличии гидрофобных загрязнений на поверхности будет образовываться

непрерывная плёнка воды.

Метод контактной разности потенциалов. Химическая обработка, влияя на

локализованный на поверхности заряд, изменяет поверхностные потенциал. Это

изменение контролируют по равному изменению контактной разности

потенциалов. Измерительная установка состоит из генератора, звуковые

колебания которого через электромеханическую систему приводят в

колебательное движение динамический конденсатор, одной обкладкой которого

является контролируемая пластина, а другой — эталонный электрод. В

результате на конденсаторе возникает переменной напряжение, амплитуда ,

которого пропорциональна разности потенциалов между его обкладками, а

значит зависит от состояния поверхности контролируемой поверхности.

Метод радиоактивных изотопов (меченых атомов). Этот метод основан на

обнаружении загрязнений, содержащих радиоактивные изотопы, и применяется

для оценки эффективности процессов отмывки. Радиоактивные загрязнения

специально наносят на отдельные участки или на всю поверхность на

отдельные участки или на всю поверхность и после промывки по выбранной

технологии их остатки определяют с помощью счётчика Гейгера. Метод

обладает очень высокой чувствительностью (в 1000 раз больше , чем методы

основанные на смачивании ) и применяются главным образом в лабораторных

условиях, так как в производственных условиях трудно обеспечить

необходимые меры защиты от радиоактивного излучения.

Метод измерения удельного сопротивления моющих растворов. Этот метод

позволяет определить содержание ионных загрязнений в промывочной воде и

различных растворителях. В производственных условиях метод измерения

удельного сопротивления моющего раствора применяют для контроля

длительности процесса отмывки: отмывку ведут до тех пор, пока не будут

равны удельные сопротивления раствора на входе в промывочную ванную и на

выходе из неё.

Этот метод не позволяет обнаружить нерастворимые или слабо

диссоциирующие загрязнения, даёт заниженные результаты, так как некоторые

загрязнения лишь частично удаляются с поверхности в процессе отмывки, и

не позволяют оценить распределение загрязнений по поверхности, так как

даёт информацию лишь об общем количестве растворимых ионных загрязнений.

Контроль качества промывки.

Контроль качества осуществляют с помощью микроскопа . При этом

пластины должны быть без пятен, разводов, подтёков. Допускаются одна-две

светящиеся точки в тёмном поле микроскопа площадью около 0,6 мм2.

Гидрофобные загрязнения обнаруживают методом, основанным на изменении угла

смачивания поверхности водой. При неудовлетворительном качестве отмывки

обработку повторяют.

Такая оценка качества отмывки имеет существенный недостаток: для

контроля пластину необходимо извлечь из тары для хранения и поместить на

предметный столик микроскопа или установки контроля угла смачивания.

Поэтому поверхность пластин при контроле загрязняется в результат контакта

с атмосферой.

После отмывки необходимо сразу же передать пластины на следующую

операцию, так как при хранении происходит загрязнение их поверхности. Если

отмытые пластины необходимо хранить, их поверхность следует защищать от

воздействия внешней среды. Так, полимерный комплекс КС-1 позволяет надёжно

защищать полупроводниковые пластины от внешней атмосферы в течение

достаточно длительного времени (до 10 суток). Кроме того, очищенные

полупроводниковые пластины можно хранить в герметичном сосуде с парами

фреона.

Сушка деталей.

На производстве применяются следующие виды сушки: воздушная сушка в

сушильных камерах, горячая сушка в сушильных шкафах , радиационная сушка,

сушка токами высокой частоты.

При воздушной сушке в сушильных камерах детали или заготовки размещают на

полках и выдерживают до нескольких суток при нормальной сушке (15–20 С)

температуре.

Длительный срок сушки является крупным недостатком воздушной сушки.

Для горячей сушки обычно применяют сушильные шкафы или камеры и конвейерные

сушильные установки, обогреваемые паром или электрообогревателями.

В сушильных шкафах с электрическим обогревом детали выдерживают при

температуре 65–70 С до постоянства веса. Во избежания растрескивания

деталей температуру в сушильных шкафах повышают постепенно.

В конвейерных сушильных установках производят сушку тонкостенных деталей.

Непрерывно действующие конвейерные сушильные установки являются наиболее

эффективными для тонкостенных деталей. В таких установках сушка

тонкостенных деталей в зависимости от величины и формы длится 2–3 часа.

Радиационная сушка основана на обогреве деталей лучистой энергией,

излучаемой раскалёнными телами: нитями ламп, спиралями

электронагревательных приборов, металлическими панелями, обогреваемыми

газом.

На рисунке показана камера для радиационной сушки. В качестве источника

лучистой энергии в камере установлены лампы инфракрасного свечения,

расположенные в шахматном порядке под сводом и на боковых стенках камеры.

Радиационная сушка эффективнее конвейерных установок в несколько раз,

особенно при сушке плоских изделий с небольшой толщиной стенок.

При сушке токами высокой частоты детали, помещённые между обкладками

контурного конденсатора генератора высокой частоты, равномерно прогреваются

по всей массе, при этом благодаря быстрому прогреву детали по всей её

толщине срок сушки сокращается в несколько раз по сравнению с сушкой

нагретым воздухом.

Контроль герметичности полупроводниковых приборов.

Одной из задач герметизации является предотвращение проникновения

внутрь корпуса газов из окружающей среды, всегда содержащих влагу.

Проникающая в корпус влага растворяет газы и загрязнения, образуя в

условиях электрических напряжений электролитические пары. В свою очередь,

это приводит к возникновению отказов, выражающихся в шунтирующих утечках,

коротких замыканиях и обрывах.

Для полых (газонаполненных) корпусов'" достаточно объективным

показателем качества герметизации может служить величина течи из корпуса.

Для микросхем, опрессованных пластмассами, необходимо проводить испытания

непосредственно в атмосфере с повышенной влажностью. Методы испытания

должны одновременно удовлетворять требованиям высокой чувствительности и

экономичности.

Наиболее чувствительным является радиоактивный метод

(чувствительность 10~8—5-10"9 мкм рт. ст.-л/с). Образцы, подлежащие

испытанию, герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа

(например, Кг85). При испытании с помощью счетчиков регистрируется

интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. Вследствие

сложности и высокой стоимости этот метод может быть рекомендован только в

экспериментальном производстве (отработка конструкции корпуса или

технологии герметизации).

Масс-спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым

течеискателем гелия, предварительно введенного в корпус прибора. Применение

гелия 0'бусловлено его высокой проникающей способностью (малые размеры

молекул). Чувствительность метода определяется чувствительностью

течеискателя (для течеискателя ПТИ-6 Ю-7 мкм рт. ст.-л/с). Высокая

проникающая способность гелия затрудняет обнаружение больших течей, так как

к моменту испытания гелий может полностью вытечь из корпуса. Поэтому для

образцов, подлежащих испытанию, целесообразно вводить гелий после

герметизации, но непосредственно перед испытанием. Для этого

герметизированные микросхемы выдерживают в течение нескольких суток в

бомбе, заполненной гелием до давления 4 ат. Масс-спектрометрический метод

целесообразен только для выборочного контроля.

При проверке Герметичности вакуумно-жидкостным методом микросхемы

помещают в емкость с керосином или уайт-спиритом, над которым создается

разрежение (10—15 мм рт. ст.). Вытекающий из корпуса газ (непрерывная

струйка пузырьков) позволяет определить не только интенсивность, но и место

расположения течи. Чувствительность метода 5-Ю-3 мкм рт. ст.-л/с. Он

является весьма распространенным в производстве для выборочного метода

контроля. Компрессионно-термический метод отличается от предыдущего

тем, что испытуемые микросхемы погружают в нагретое масло. При этом

давление газа внутри корпуса повышается и чувствительность метода несколько

увеличивается (4-10~3 мкм рт. ст.-л/с)

Описание технологического процесса.

Ниже приведена блок–схема технологического процесса, характеризующая

последовательность проведения технологических операций:

Промывка–1. Для промывки полупроводниковых изделий используется

ультразвуковая установка УЗУ-0,1, которая состоит из : ультразвуковой

ванны и генератора. Промывают полупроводниковые пластины, уложив их в

специальную тару(кассету). Моющий раствор (фреон) заливают в ванны перед

включением установки. Максимальная температура раствора не должна превышать

80 С. При появлении кавитации полупроводниковые пластины погружают в ванну

и промывают. Пластины погруженные во фреон выдерживают 7 минут и частота

ультразвуковых колебаний 400 кГц, температура раствора 60 С.

Сушка–1. Сушка производиться в сушильном шкафу №3 завода

«Электродело» при температуре 115( 10 С в течение 25–35 минут.

Поддерживается заданная температура терморегулятором, имеющимся в сушильном

шкафу, а контролируется ртутным термометром. В процессе сушки в шкаф

подается ошушенный и очищенный воздух с точкой россы не выше —50 0С

Контроль чистоты поверхности. Контроль производиться микроскопом,

наблюдая в тёмном поле микроскопа светящихся точек (твёрдые загрязнения).

Если светящихся точек более 3-х, то передаём изделия на дополнительную

потмывку.

Покрытие–1 . Покрытие производиться лаком МК –4У методом окунания.

Предварительно наполняется ванна лаком МК–4У. Берётся изделие и погружается

в ванну на 7 секунд. После чего в течение 1 минуты необходимо дать стечь

излишкам лака. После чего изделие передается на операцию сушки.

Сушка–2. Сушка производиться в сушильном шкафу №3 завода

«Электродело» при температуре 180 С в течение 2 часов. Поддерживается

заданная температура терморегулятором, имеющимся в сушильном шкафу, а

контролируется ртутным термометром. В процессе сушки в шкаф подается

осушенный и очищенный воздух с точкой россы не выше —50 0С

Покрытие–2 . Покрытие производиться компаундом КЛ–4 поверх лака МК

–4У методом окунания. Изделие погружают в ванную с компаундом. Выдерживают

в ванноц 10 секунд. После чего в течение 1 минуты даёт стечь излишкам

компаунда и передаёт на последующую операцию.

Сушка–3. Сушка производиться на стилажах в течение 24 часов. Под

действием влаги воздуха происходит самовулканизация с образованием

резиноподобного материала , длительно сохраняющего эластичные свойства в

интервале температур от –60 до 200 С.

Покрытие–3 . Окончательное покрытие производиться эпоксидной смолой

ЭД–5. Предварительно Эпоксидную смолу смешивают с гексаметилендиамином.

Наносят эпоксидную смолу также методом окунания. Предварительно

разводиться эпоксидная смола с с гексаметилендиамином и заполняется ванна.

Иизделие и погружается в ванну на 10 секунд. После чего в течение 1 минуты

необходимо дать стечь эпоксидной смолы. После чего изделие передается на

операцию сушки.

Сушка–4. Сушка производиться в сушильном шкафу №3 завода

«Электродело» при температуре 180 С в течение 15 минут. Поддерживается

заданная температура терморегулятором, имеющимся в сушильном шкафу, а

контролируется ртутным термометром. В процессе сушки в шкаф подается

осушенный и очищенный воздух с точкой россы не выше —50 0С

Испытание герметичности корпуса. Для проверки герметизации прибора

используют установку ЖК–75.14. В колбы (в каждую колбу заливают 80 см3

уайт–спирита)— стеклянные сосуды заливают жидкость и опускают

контролируемый прибор, закрепляемые на зажимах. Освещаются колбы на рабочей

позиции при вакуумировании жидкости и наблюдении за истечением пузырьков

газа.

Список используемой литературы.

1. А.А. Маслов «Технология и конструкции полупроводниковых приборов».

2. А.И. Курносов «Основы полупроводниковой микроэлектроники»

3. А.И. Курносов «Матералы для полупроводниковых приборов и интегральных

микросхем»

4. В.А. Брук «Производство полупроводниковых приборов»

5. Парфёнов «Технология микросхем»

6. В.А. Антонов «Технология производства электровакуумных и

полупроводниковых приборов»

7. С.З. Нейштадт «Технология и оборудование производства радиодеталей и

компонентов»

8. Й. Коутный «Технология серийного производства транзисторов и

полупроводниковых диодов»

9. О.К. Мокеев «Химическая обработка и фотолитография в производстве

полупроводниковых приборов и микросхем»

-----------------------

Промывка

Сушка–1

Покрытие –1

Сушка–2

Покрытие –2

Сушка–4

Покрытие –3

Сушка–3

Испытание герметичности корпуса

Контроль чистоты поверхности изделия

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9