Способ изготовления полупроводниковых кристаллов

 

Использование: в микроэлектронике при изготовлении полупроводниковых кристаллов. Сущность изобретения: на поверхность полупроводниковых пластин наносят слой неблагородного металла VI - VIII группы толщиной 0,2 - 0,5 мкм, формируют с помощью фоторезистора необходимый рисунок. На незащищенные поверхности наносят второй слой металла защитного покрытия толщиной 0,5 - 30,0 мкм, химической резкой разделяют пластины на кристаллы. Проводят защиту боковой поверхности кристаллов компаундом и химическую обработку металла верхнего слоя. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к микроэлектронике.

Известен способ изготовления полупроводниковых (п/п) кристаллов, при котором на поверхности пластины формируют с использованием метода фотолитографии площадки благородного металла. После снятия фоторезиста пластины растравливают на отдельные кристаллы. Получают п/п кристаллы с хорошими омическими контактами, обеспечивающие получение высоковольтных приборов [1] Основными недостатками данного способа является использование дорогого благородного металла.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ изготовления п/п кристаллов, при котором на одну или обе стороны кремниевой пластины с р-n-переходом поочередно наносят слой никеля и золота. Причем золото наносят после нанесения рисунка с помощью фоторезиста. После удаления фоторезиста пластину разделяют на отдельные кристаллы травлением в химическом травителе. Верхний слой золота служит в данном способе защитой нижнего слоя никеля, выполняющего роль омического контакта, от химического травителя, в котором никель быстро растворяется, а также как металл омического контакта [2] Недостатком данного способа является использование в качестве защитного слоя драгоценного металла.

Сущностью изобретения является получение п/п кристаллов, применяемых в производстве высоковольтных п/п приборов, без использования драгоценных металлов.

Это достигается тем, что на поверхность п/п пластин наносят любым способом слой неблагородного металла VI-VIII групп или их сплавы, на который через маску фоторезиста наносят любым способом второй слой защитного металла, стойкого к травителю кремниевых пластин, например свинец. После удаления фоторезиста пластину разделяют в травителе на отдельные кристаллы, защищают их боковую поверхность кремнийорганическим компаундом и после отверждения последнего производят химическую обработку верхнего слоя металла до частичного или полного его удаления. В случае использования свинца в качестве верхнего защитного слоя химическую обработку производят в перекисном растворе уксусной кислоты или во флюсе.

Защиту боковой поверхности кристаллов кремнийорганическим компаундом можно проводить любым способом, не допуская попадания компаунда на планарные поверхности кристаллов. Такая полимерная защита позволяет производить различные технологические операции с защищенными кристаллами без загрязнения р-n-перехода, так например, обработку химическими травителями и флюсами, нанесение гальванических покрытий, напыление металлов и горячее лужение на планарные поверхности кристаллов и т.п.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом бесфлюсовой пайки допускается дополнительное нанесение как металла нижнего слоя на планарные поверхности кристаллов после снятия верхнего слоя, так и дополнительное нанесение слоя металлов I-V групп или их сплавов любым способом. Такое нанесение можно проводить как после полного удаления металла верхнего слоя, т. е. на металл нижнего слоя, так и после частичного удаления металла верхнего слоя или его окислов.

Все технологические операции легко поддаются механизации и автоматизации, используются в технологии изготовления п/п приборов и не нуждаются в сложном специальном оборудовании. Однако указанная последовательность технологических операций с использованием данных металлов, полимерных материалов и травителей позволяет получать высоковольтные приборы, не уступающие по своим электротехническим параметрам п/п приборам, содержащим в своем составе драгоценные металлы, например золото.

П р и м е р 1(прототип). На кремниевую пластину с р-n-переходом гальваническим способом наносят слой никеля толщиной 1 мкм. На никелевую поверхность с помощью фоторезиста наносят необходимый рисунок. На незащищенные участки никелевой поверхности наносят слой золота толщиной 1,5 мкм. После удаления фоторезиста пластины растравливают в травителе HF:HNO₃=1:9 на отдельные кристаллы, кристаллы промывают в 2-х ваннах холодной и одной горячей деионизованной воды, сушат и передают на сборку п/п приборов.

П р и м е р 2. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 40 мм с р-n-переходом наносят слой химического никеля толщиной 0,5 мкм. Состав ванны никелирования, г/л: сернокислый никель 18; уксуснокислый натрий 18; уксусная кислота 18; гипофосфит натрия 10. Условия никелирования: температура 75 2^оС, продолжительность 4,5 мин. После нанесения первого слоя никеля пластины моют в 2-х ваннах холодной и одной ванне горячей деионизованной воды и сушат. Осуществляют вжигание первого слоя никеля в среде водорода или азота при 690^оС в течение 10 мин. После вжигания наносят второй слой никеля в тех же условиях. При времени никелирования 20 мин получают слой никеля 2,0 мкм. Операции промывки те же, что и при первом никелировании. На всех стадиях промывки в деионизованной воде качество промывки контролировали омностью воды на протоке, которая должна составлять величину не менее 110¹⁰ мОм. На сплошном слое никеля с обеих сторон пластины формируют необходимый рисунок круглых кристаллов из фоторезиста ФП-383. На незащищенные фоторезистом поверхности наносят слой гальванического свинца. Состав ванны свинцевания: свинец борфтористоводородный 220 мл/л, кислота борфтористоводородная 50 мл/л, клей мездровый 0,5 г/л. Режим свинцевания: температура 18-25^оС, плотность тока 2 А/дм², напряжение 3 В, отношение поверхности анодной и катодной 2:1. При времени выдержки в ванне 3 мин получают свинцовое покрытие толщиной 4 мкм. Пластины промывают в холодной и горячей деионизованной воде и сушат. После снятия фоторезиста в горячем диметилформамиде проводят химическое разделение пластин на кристаллы в травителе HF:HNO₃=1:9.

После промывки и сушки разделенные кристаллы наклеивают планарными поверхностями на клеящую поливинилхлоридную электроизоляционную ленту ГОСТ 16214-70 так, что кристаллы не касаются друг друга своими боковыми поверхностями. Сверху кристаллов наклеивают вторую клеящую ПВХ пленку так, что два противоположных края пленки соединяются друг с другом, а между другими противоположными краями остается зазор. В зазор между пленками заливают жидкий кремнийорганический компаунд 159-167 (СИЭЛ), отверждаемый по реакции гидридного полиприсоединения в присутствии катализатора Н₂РtCl₆ и отверждают при 100-110^оС в течение 12 ч. После полимеризации замачиванием в ацетоне отделяют ПВХ пленки. Полученную пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами промывают в ацетоне и дополнительно отверждают при 160-170^оС в течение 12 ч. Без разделения на отдельные кристаллы производят химическую обработку защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂:CH₃COOH:H₂O=2:1:1 в течение 20-30 с до полного снятия свинца, промывку в деионизованной воде и сушат. Механическим путем разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы, боковая поверхность которых защищена СИЭЛом и передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 3. Все так же, как в примере 2, но химическую обработку защитного слоя свинца проводят в том же растворе в течение 1-2 с, промывают в деионизованной воде, обрабатывают флюсом, окуная пленку с кристаллами в 10% -ный спиртовой раствор канифоли, облуживают кристаллы в полимерной пленке в расплаве припоя ПОС-61 (61% олова, остальное свинец) и промывают в деионизованной воде. После механического разделения кристаллы передают на сборку приборов.

П р и м е р 4. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с р-n-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны никелирования и условия нанесения те же, что и в примере 2. При времени никелирования 4,5 мин получают слой никеля толщиной 0,5 мкм. После никелирования и промывки на слой никеля формируют с двух сторон пластины из фоторезиста необходимый рисунок квадратных кристаллов. На незащищенные фоторезистом участки наносят слой гальванического свинца. Состав ванны и условия те же, что и в примере 2. При плотности тока 3 А/дм², напряжении 5 В и продолжительности свинцевания 12 мин получают свинцовое покрытие толщиной 30 мкм.

После снятия фоторезиста проводят частичное подтравливание пластин в травителе HF: HNO₃=1:7 на глубину 20-30 мкм с каждой стороны. Подтравленные пластины промывают в деионизованной воде, сушат, наклеивают на липкую кислотостойкую пленку, например пленку КЛЫУО.037.071 ТУ или Ф430/1 ТУ 6-05-041-730-83 одной стороной и растравливают в том же травителе окончательно на отдельные кристаллы. Кристаллы, закрепленные на пленке, промывают в деионизованной воде, сушат и заклеивают сверху второй липкой ПВХ лентой. Защиту боковой поверхности кристаллов СИЭЛом, его отверждение и химическую обработку свинцом осуществляют так же, как и в примере 2. Пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами помещают в ванну химического никелирования на 3-5 мин, промывают в горячей и холодной деионизованной воде и сушат. Состав ванны и условия никелирования те же, что и в примере 2. Разделяют пленку СИЭЛа с кристаллами на отдельные кристаллы и передают на сборку.

П р и м е р 5. Все так же, как в примере 4, но химическую обработку защитного слоя свинца проводят во флюсе, содержащем 3-4%-ный водный раствор хлористого цинка, в течение 1-3 с. После флюса кристаллы в полимерной пленке облуживают в расплавленном припое ПСрОС-3-58 (58,6-66,8% олова, не более 0,8% сурьмы, 2,6-3,4% серебра и остальное свинец) и промывают в деионизованной воде. Дополнительного нанесения никеля не производят. После механического разделения кристаллы передают на сборку приборов.

П р и м е р 6. На обе стороны поверхности кремниевой пластины диаметром 40 мм с р-n-переходом методом химического осаждения наносят слой вольфрама толщиной 0,2 мкм. Режим осаждения: температура кремниевой подложки 460^оС, температура лодочки с гексахлоридом вольфрама 100^оС, температура угольного нагревателя 700^оС, скорость подачи водорода 2 л/мин, расстояние нагревателя до пластины 1 см. На сплошной слой вольфрама на обе стороны пластины формируют из фоторезиста необходимый рисунок.

На незащищенную поверхность наносят гальваническое покрытие свинца толщиной 10 мкм. Состав ванны и условия свинцевания те же, что и в примере 2. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности кристаллов СИЭЛом так же, как и в примере 2.

Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллами помещают во флюс, состоящий из 15%-ного раствора HCl в глицерине, облуживают в расплавленном олове, промывают в деионизованной воде и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию.

В качестве защитного полимерного материала был использован кремнийорганический продукт "СИЭЛ" 159-167, получивший широкое распространение в электронной промышленности. Этот компаунд состоит из олигогидридсилоксана Г-5 общей формулы (CH₃)₃SiO Si(CH₃)₃ где x 10-12 и винилсодержащих каучуков формулы C₂H₅O ^где или -бис(тривинилсилокси)полидиметилсилоксан (CH₂= CH)₃SiO Si(CH CH₂)₃ m 800-1200 В качестве катализатора отверждения может быть использован раствор 1% платинохлористоводородной кислоты в изопропиловом спирте (катализатор Спайера) или любой платиносодержащий катализатор, используемый для реакций гидридного отверждения.

Могут быть использованы для защиты боковой поверхности любые кремнийорганические материалы, позволяющие получать прочные эластичные пленки. Такими продуктами могут быть низкомолекулярные каучуки или растворы каучуков перекисного или иного типа отверждения, мономерные или олигомерные композиции, отверждаемые как на холоду, так и при нагревании.

Как уже было сказано ранее, дополнительное нанесение металлических покрытий на планарные поверхности кристаллов, защищенных СИЭЛом, производится с целью облегчения пайки кристаллов при их сборке и не влияет на выход высоковольтных групп приборов, так как р-n-переход кристаллов уже надежно защищен СИЭЛом, который стоек к агрессивным средам и высоким температурам.

Кремниевые п/п кристаллы, полученные по предлагаемому способу (примеры 2-6) и прототипу (пример 1) были использованы при сборке диодов КД-226 в пластмассовых корпусах. Сборку и герметизацию приборов проводили по единой технологии с использованием одних и тех же материалов.

Результаты классификации готовых приборов приведены в таблице.

Как следует из данных таблицы, предлагаемый способ изготовления п/п кристаллов позволяет получать с большим выходом п/п диоды высоковольтных групп, не содержащих драгоценные металлы в своем составе. При этом получаемые приборы нисколько не уступают по своим электрофизическим параметрам приборам, получаемым с использованием кристаллов, содержащих золото.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, включающий нанесение на полупроводниковую пластину со сформированными структурами приборов слоя металла омического контакта, создание на металле омического контакта защитной маски фоторезиста, нанесение на защищенные фоторезистом участки слоя защитного металлического покрытия, удаление фоторезиста и химическое разделение полупроводниковой пластины, отличающийся тем, что дополнительно после разделения пластины проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом и химическую обработку защитного металлического покрытия, а в качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы VI VIII групп или их сплавы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическую обработку проводят до полного удаления металла защитного покрытия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическую обработку проводят с частичным удалением металла защитного покрытия.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что после химической обработки наносят дополнительные слои металлов или их сплавов.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве металла дополнительных слоев используют металлы подгруппы олова.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве металла дополнительных слоев используют металлы подгруппы никеля.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой металла омического контакта наносят толщиной 0,2 2,5 мкм.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой металла защитного покрытия наносят толщиной 0,5 30,0 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1