Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

толщина может быть достаточно большой.

Анодное окисление проводят в электролитах типа борной кислоты или бидистиллированной воды, а также водноперекисных растворах с комплексообразующими добавками ( лимонной и щаве-левой кислотой, их титановыми или циркониевыми солями) и рас-творах нитрата натрия, хлорной кислоты, бихромата аммония.

На рисунке показана схема устройства для анодного окис-ления кремния в дистиллированной воде. Сосуд с электролитом разделён на две части перегородкой с отверстиями 3, в которые вставляются оксидируемые пластины . помещённые в крепящее приспособление 6. Анодный вывод 2 контактирует с кристаллом полупроводника таким образом, чтобы обрабатываемый р-п-переход был смещён в прямом смещении. Тогда на катоде 4 осаж-даются протоны и выделяется водород, а на кристалле полупро-водника происходит окисление поверхности. Рост плёнки двуокиси кремния ускоряется с ростом тока, чему способствует уменьше-ние удельного сопротивления воды. Поэтому используют воду с удельным сопротивлением 200-500 Ом.

Выделяющиеся при образовании окиси кремния газ адсорби-руется в виде небольших пузырьков на поверхности кристалла, что затрудняет равномерный рост плёнки. Для удаления газовых пузырьков служит сопло 5, через которое пластины обдуваются азотом или аргоном.

Получение защитной плёнки на поверхности полупроводни-кового 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. По-сле анодной обработки кристаллы промывают в деионизованной воде и сушат в потоке горячего воздуха.

Процесс промывки полупроводниковых пластин и кри-сталов.

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 инфра-красной установке. Финишную очистку перед защитой обычно вы-полняют этиловым спиртом в ультразвуковой ванне. Более эф-фективная очистка включает обезжиривание в водно–аммиачном растворе поверхностно–активного вещества (30 г/л водного ам-миака, 3 г/л синтанола ДС–10), отмывку проточной деионизиро-ванной водой в ультразвуковой ванне (устройства, имеющие дета-ли из меди или малоуглеродистой стали, необходимо также обез-жиривать в ацетоне) и сушку в атмосфере азота.

Важнейшей проблемой является надёжная защита гото-вых изделий от влаги. Так как молекулы воды очень малы, влага бы-стро диффундирует через микропоры и микротрещины защитных покрытий и в результате на поверхности полупроводниковых кри-сталлов возникает положительный заряд, который может изме-нить поверхностное сопротивление и привести к образованию по-верхностных каналов проводимости. Адсорбированная влага изме-няет скорость поверхностной рекомбинации, а следовательно. И время жизни носителей заряда. Так как процесс конденсации воды на поверхности полупроводника обратим, при высокой относи-тельной влажности (более 90%) достаточно даже небольшого ох-лаждения (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 образу-ются растворы солей, кислот, щелочей, которые вызывают не-стабильность параметров приборов и сокращают срок их службы. Кроме того, влага является причиной разрушений защитных по-крытий в процессе термоциклирования (при замерзании объем воды увеличивается на 8-9%, что создает высокие механические напря-жения в защитном покрытии) и изменении их диэлектрических свойств, что может вызвать изменение плотности заряда на гра-нице защитное покрытие – поверхность полупроводника и неста-бильную работу проводника.

Особенно велика вероятность проникновения воды через ор-ганические защитные покрытия. Процесс проникновения начина-ется 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 направ-лении к поверхности полупроводника. Набухание защитной оболоч-ки и диффузия влаги через нее протекают довольно медленно, а после того как влага достигнет поверхности полупроводника, ско-рость её проникновения через защитное покрытие резко возраста-ет. Это можно объяснить следующим. Под защитной оболочкой образуется водный раствор солевых загрязнений, всегда имеющих-ся на поверхности полупроводника, с высокой концентрацией ио-нов, а с внешней её стороны – с низкой концентрацией, что обу-славливает осмотический перенос влаги через защитное покрытие, его отслаивание и вспучивание. Если раствор и чистый раствори-тель(или два раствора неодинаковой концентрации) привести в со-прикосновении через полупроницаемую перепонку, можно наблю-дать 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 материа-лы(лаки, компаунды, смолы, фоторезисторы и др.)не обеспечивают абсолютную защиту поверхности полупроводника от воздействия влаги, а лишь некоторое время сохраняют влагозащитные свойст-ва. Для увеличения влагостойкости органических защитных по-крытий необходимо тщательно удалять водорастворимые приме-си с поверхности полупроводника и из самого защитного покрытия, придавать поверхности полупроводника водоотталкивающие свой-ства (гидрофобизация поверхности), использовать влагопоглоти-тели.

Основными способами защиты полупроводниковых приборов и микросхем являются нанесение защитных покрытий на поверх-ность полупроводниковых пластин и кристаллов и герметизация приборов и микросхем. В микроэлектронике широко распростране-ны химические методы формирования защитных покрытий, гер-метизация полимерных материалов, а также в корпусах с приме-нением 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 полупро-водника, поэтому перед герметизацией полупроводникового прибо-ра необходимо произвести очистку поверхности изделия.

Электрические свойства поверхности полупроводника от-личаются от электрических свойств его объёма, так как поверхно-стные атомы имеют свободные валентные связи, образующиеся в результате разрыва кристаллической решётки. Состояние поверх-ности полупроводника зависит от механических, физических и хи-мических методов обработки, а так же от условий окружающей среды.

При механической и физической обработке образуется слой с нарушенной кристаллической решёткой и поверхность стано-вится шероховатой, загрязняется , а при химической она покрыва-ется оксидной плёнкой , толщина которой зависит от применяе-мых реактивов и режимов обработки, и загрязняется присутст-вующими в реактивах примесями. Под воздействием окружающей среды электрические свойства незащищённой поверхности полу-проводника 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 реак-тивами, ухудшают и вызывают дрейф характеристик полупро-водниковых приборов. Особенно опасны загрязнения поверхности интегральных схем, на единице площади которых расположено большое количество полупроводниковых элементов. Так, загрязне-ние даже одного микроучастка может вывести из строя всю микросхему.

Очистка поверхности полупроводника и её защита от внешних атмосферных воздействий являются сложными техноло-гическими процессами.

Различают загрязненную, чистую и атомарно чистую по-верхности. Загрязнённая поверхность требует очистки. Чистой считается поверхность, на которой остаются допустимое коли-чество загрязненний, а атомарно-чистой – на которой отсутст-вуют какие–либо посторонние вещества. Предъявляемые на раз-личных этапах изготовления полупроводниковых приборов и мик-росхем требования к чистоте поверхности неодинаковы. Поверх-ность, чистая для одной операции, может оказаться недопусти-мо грязной для другой.

Источниками загрязнения поверхности полупроводниковых пластин , кристаллов являются: абразивные, смазочные и клеящие материалы, используемые при механической обработке; пыль, во-дяные пары, пары масел, попадающие из атмосферы производст-венных 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 гермети-зации полупроводниковых приборов. Продукты дыхания, отпечат-ки пальцев, кремы, пудры, аэрозоли также загрязняют поверх-ность. Поверхностные загрязнения можно разделить на молеку-лярные, ионные и атомарные.

К молекулярным относятся органические (натуральные и синтетические воски, смолы, масла, жир, остатки фоторезистов, растворителей и др.) и механические