Способ изготовления полупроводниковых кристаллов

Способ изготовления полупроводниковых кристаллов

Реферат

 

Сущность изобретения: на поверхность полупроводниковой пластины со сформированными структурами полупроводниковых приборов наносят слой металла омического контакта. По этому слою формируют маску фоторезиста по разделительным дорожкам. На свободные участки наносят защитное механическое покрытие, удаляют маску фоторезиста. Химически разделяют пластину на кристаллы. Защищают образовавшиеся боковые поверхности полимерным компаундом, химически удаляют металл защитного покрытия. В качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы IY - YIII групп или их сплавов. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам разделения полупроводниковых пластин на отдельные кристаллы.

Известен способ разделения полупроводниковых (п/п) пластин на кристаллы, 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] .

Основным недостатком данного способа является использование дорогого благородного металла.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления п/п приборов, при котором на одну или обе стороны кремниевой пластины с p-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.

Целью 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 снятие верхнего защитного слоя металла химическим путем. В случае использования свинца в качестве верхнего защитного слоя снятие его производят в перекисном растворе уксусной кислоты.

Для улучшения омического контакта при сборке приборов методом безфлюсовой пайки допускается дополнительное нанесение металла нижнего слоя на планарные поверхности кристаллов после снятия верхнего слоя.

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 p-n-переходом гальваническим способом наносят слой никеля толщиной 1 мкм. На никелевую поверхность с помощью фоторезиста наносят необходимый рисунок, на незащищенные участки никелевой поверхности - слой золота толщиной 1,5 мкм. После удаления фоторезиста пластины растравливают в травителе НF : 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 p-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 752^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 слоя 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, мл/л: борфтористоводородный свинец 220; борфтористоводородная кислота 50; мездровый клей 0,5. 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 в течение 25 мин.

После промывки и сушки разделенные кристаллы наклеивают планарными поверхностями на клеящую поливинилхлоридную электроизоляционную ленту так, чтобы кристаллы не касались друг друга боковыми поверхностями. Сверху кристаллов наклеивают вторую клеящую ПВХ пленку так, чтобы два противоположных края пленки соединились друг с другом, а между другими противоположными краями остался зазор, в который 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 час. Без разделения на отдельные кристаллы производят снятие защитного слоя свинца в растворе Н₂О₂ : CH₃COOH : H₂O = 2 : 1 : 1, в течение 20-30 с промывку в деионизованной воде и сушку. 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. На обе стороны кремниевой пластины диаметром 60 мм и толщиной 250-290 мкм с p-n-переходом наносят слой химического никеля. Состав ванны 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 производят частичное предтравливание пластин в травителе НF : HNO₃ = 1 : 7 на глубину 20-30 мкм с каждой стороны. Подтравленные пластины промывают в деионизованной воде, сушат, наклеивают одной стороной на липкую кислотостойкую пленку 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 снятие свинца осуществляют так же, как в примере 2. Время снятия 2-43 мин.

Для некоторого улучшения адгезии выводов к планарным поверхностям кристаллов при сборке приборов допускается дополнительное нанесение слоя химического никеля. На выход высоковольтных групп приборов дополнительное покрытие металлом первого слоя не влияет. Для этого пленку отвержденного СИЭЛа с кристаллами помещают на 3-5 мин в ванну химического никелирования, 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 4. На обе поверхности кремниевой пластины диаметром 40 мм с p-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 от угольного нагревателя до пластины 1 см. На сплошной слой вольфрама на обе стороны пластины формируют из фоторезиста необходимый рисунок.

На незащищенную поверхность наносят золотое гальваническое покрытие. Состав ванны золочения, л: ортофосфорная кислота 0,96; 25% -ный раствор аммиака 8,0; 10% -ный раствор лимонной кислоты 16; 0,02% -ный раствор сернокислого таллия 0,14 л; дициано-1-аурат калия - 0,945-1,555 кг. Объем дистиллированной воды в ванне 70 л, рН 6,0-6,5 поддерживается и корректируется добавлением раствора аммиака или ортофосфорной кислоты. Условия золочения: температура 505^оС, плотность тока 0,4 А/дм², напряжение 3В. При времени золочения 5 мин получают золотое покрытие толщиной 1 мкм. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности кристаллов СИЭЛом так же, как в примере 2. Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллами помещают в царскую водку на 1-2 мин для снятия золота, промывают деионизованной водой и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию.

П р и м е р 5. Нанесение никелевого покрытия, промывка и фотолитография как в примере 2. Толщина слоя никеля 2,5 мкм. На незащищенные поверхности никелевого покрытия наносят слой гальванического золота толщиной 0,5 мкм. Состав ванны и режим золочения как в примере 4. Промывка, разделение на кристаллы и защита боковой поверхности СИЭЛом так же, как в примере 2. Отвержденную пленку СИЭЛа с кристаллом помещают в царскую водку на 40-60 с для снятия золота, промывают в деионизованной воде и сушат. Разрезают пленку СИЭЛа на отдельные кристаллы и передают на сборку и герметизацию. Раствор снятого с кристаллов золота в царской водке поступает на регенерацию.

В качестве защитного полимерного материала был использован кремнийорганический продукт "СИЭЛ" 159-167. Этот компаунд состоит из олигогидридсилоксома Г-5 общей формулы: (CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃ где Х = 10-12 и винилсодержащих каучуков формулы C₂H₅O где n = 3, m = 800-1200 или , -бис(тривинилсилокси)полидиметилсилоксан (CH₂= CH)₃SiOSi(CH= CH₂)₃ m = 800-1200 В качестве катализатора отверждения может быть использован раствор 1% -ной 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.

Кремниевые п/п кристаллы, полученные по предлагаемому способу (примеры 2-5) и прототипу (пример 1) были использованы при сборке диодов 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 разделения п/п пластин на кристаллы 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 незащищенные фоторезистом участки слоя защитного металлического покрытия, удаление фоторезиста и химическое разделение полупроподниковой пластины, отличающийся тем, что дополнительно после разделения пластины проводят защиту образовавшихся боковых поверхностей полимерным компаундом, химически удаляют защитное металлическое покрытие, а в качестве металла омического контакта используют неблагородные металлы IV - VIII групп или их сплавы.

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

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой защитного металлического покрытия наносят толщиной 0,5 - 30,0 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1