Файл: Методы стабилизации параметров полупроводниковых приборов [сборник статей]..pdf

АМИНЫ КАК ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЯ

. В, В. Ч Е Р Н Ы Ш О В , В. И. КОНОНОВ, А. А. П Р О Ш К И Н А

Одной из характерных причин выхода из строя полупро­ водниковых приборов и интегральных микросхем, имеющих разводку из алюминия, является коррозия этих выводов, ко­

В зависимости от условий пленка состоит из аморфной, кри­ сталлической окиси алюминия либо из гидрата окиси алюми­ ния [1, 2]. На защитные свойства пленки отрицательное влия­ ние оказывает ее пористость, трещины, царапины. Особенно опасно присутствие на поверхности А1 благородных металлоз, так как, с одной стороны, нарушается равномерное образова­ ние защитного окисного слоя, с другой — доступ электро­ лита приводит к образованию местных элементов. На корро­ зию А1 влияет и способ его обработки. Так, холодная дефор­ мация А1 прокаткой, прессованием, вытяжкой приводит к уменьшению стойкости. Это объясняется сдвигом потенциала в отрицательную сторону.

Контактная коррозия наступает в тех случаях, когда А1 находится в контакте с более благородным металлом. При этом коррозия тем выше, чем больше разность потенциалов между металлами. В рассматриваемом нами случае наиболее вероятной причиной коррозии является наличие контактной разности потенциалов междуалюминием и золотом, равной 3,16 в, и незначительных количеств влаги в корпусе прибора.

Следствием коррозии является образование гидроокиси алюминия, которая получается как продукт реакции:

70

Ш+3 0 г +(2 ишб] HJ)— ►

^А Л . о ) > ш и Ц г д - з м )

Скорость коррозии различна и зависит от ряда факторов, в том числе количества влаги в корпусе прибора, температу­ ры, соотношения между количеством алюминия и золота в месте-контакта, характера контакта алюминиевой проволоки с золоченой траверсой и т. д.

Внешне при наблюдении под микроскопом (увеличение х56) продукты коррозии на алюминиевой проволоке диамет­ ром 26 мкм выглядят вначале как белый порошкообразный налет, затем алюминий «разбухает», поверхность его из бе­ лой и блестящей становится серой и рыхлой — налицо явное изменение структуры металла. Конечным результатом являет­ ся разрушение соединения и полное отсутствие контакта. Де­ фект может проявиться спустя длительное время (несколько месяцев) после изготовления прибора, уже при работе его в

аппаратуре.

Основным способом предотвращения указанных дефектов является обеспечение в корпусе прибора сухой атмосферы в процессе сборки, а также тщательная отбраковка негерметич­ ных приборов. Однако эти меры не могут полностью гаран­ тировать отсутствие влаги в корпусе прибора. Поэтому боль­ шое значение приобретает поиск возможности предотвраще­ ния коррозии даже в условиях наличия в корпусе некоторого количества влаги.

С этой целью детали перед сборкой обрабатывали вещест­ вом, являющимся ингибитором коррозии. Эффективное инги­ бирующее действие на алюминий оказывают коллоиды — жидкое стекло, крахмал, клей. Азотистые соединения, такие как органические амины,, действуют подобно коллоидам. Ад­ сорбируясь на алюминии, они занимают активные центры, яа которых происходит диссоциативная хемосорбция кислорода, и таким образом защищают его от внешних воздействий. Дей­ ствие их сказывается при небольшой концентрации.

Нами исследовался 0,01%-ный раствор триэтаноламина в воде. Триэтаноламин -представляет собой жидкость от светложелтого до коричневого цвета, он хорошо растворяется в во­ де, спирте, ацетоне; с кислотами образует соли, при отмывке не дает маслянистых пленок и смолоподобных веществ.

71

ПОЛИРОВАНИЕ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН СУСПЕНЗИЕЙ НА ОСНОВЕ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ

Б. Л. ТОЛСТЫХ, Н. И. НАУМЕНКО, К. А. ПЕТРОВА

Для получения стабильности электрофизических парамет­ ров полупроводниковых приборов необходима тщательная об­ работка поверхности полупроводниковых материалов. Осо­ бенно важны определенные структурные, электрофизические, геометрические и химические свойства поверхности для тех приборов, в которых имеет место мелкое залегание р—п-пере- ходов.

После шлифовки и полировки на поверхности полупровод­ никовой пластины остаются небольшие углубления, риски, размер которых зависит от величины дисперсности абразива. Эти углубления увеличивают активную площадь поверхно­ сти и тем самым скорость травления.

Авторами [1] разработан способ шлифования полупровод­ никовых материалов на прецизионном станке синтетическими алмазами в связанном состоянии. По этому способу кремние­ вые пластины имеют чистоту поверхности 11 —12-го классов по ГОСТу при величине наружного слоя в 5 мкм.

Вопросы механической полировки всесторонне и широко освещены в ряде статей [2, 3]. Для усиления полирующего дей­ ствия абразива в суспензии добавляются детергенты, смачи­ вающие агенты, глицерин и т. д. Выравнивание поверхности кремния происходит за счет механического разрушения не­ ровностей, при этом скорость удаления материалов увеличи­ вается с ростом давления.

Для полирования полупроводниковых пластин лучшие ре­ зультаты по скорости съема п качеству дает применение паст. Зернистость их выбирают исходя из требований чистоты по­ верхности. Алмазные пасты выпускаются серого цвета, чтобы по изменению их окраски можно было судить о съеме обра­ батываемого материала.

75

Скорость съема при обработке пластин кремния алмазной пастой зависит от ряда факторов: режимов полировки, раз­ меров зерен, материала полировальника. При этом с осто­ рожностью подходят к увеличению скорости вращения, так как' это приводит к разогреванию дисков, размягчению воска

исрыву пластин.

Впоследнее время появились сообщения о применении для

финишной полировки двуокиси циркония, которая может ис­ пользоваться как в виде суспензии, -так и в виде порошка для полирования. Получаемая при полировке двуокисью цирко­ ния поверхность не содержит царапин, ямок и других дефек­ тов. Однако, как показали исследования, на поверхностях (100), (ПО), (111),полированных цирконием, имеются линей­ ные дефекты упаковки после термического окисления в парах воды.

Особый интерес представляет полировка кремния, герма­ ния и других полупроводниковых материалов суспензиями на основе двуокиси кремния, т. е. золями и гелями кремниевой кислоты. Полированные двуокисью кремния полупроводнико­ вые материалы имеют бездефектную структуру и не требуют дальнейшей обработки перед эпитаксией. Золями кремния мо­ жет быть полирован самый твердый из известных материа- 'лов •— алмаз.

После выхода из пламени двуокись кремния находится в виде аэрозоля, сконденсировавшегося в объеме газа в виде мельчайших частиц, — аэросила. Аэросил представляет собой легкий белый порошок с размерами частиц порядка 200 — 400А°. Аэросил является чистым продуктом, весьма однород­ ным как по дисперсности, так и по составу. ИК-спектроско- пией исследовалась адсорбция воды, этанола, метанола на аэросиле [4]. Установлено, что молекулярная адсорбция воды происходит в основном на свободных гидроксильных группах поверхности кремнезема.

Являясь коллоидным раствором, активированным химиче­ ски активными агентами, дисперсии аэросила должны обла­ дать также свойствами, типичными для классических суспен­ зий, применяемых для механического полирования, — ста­ бильностью, достаточной вязкостью и в то же время удобст­ вом для внесения на полировальник.

Ранее был изучен характер и глубина нарушений после различных видов механической обработки монокристаллического кремния: резка алмазным кругом, шлифовка порошка­ ми М14, М10, М5, полировка алмазными порошками АСМ-3,

76

АП-1, а также полировка суспензиями на основе аэросила. Для определения глубины нарушенного слоя и степени нару­ шения на различной глубине проводилось послойное стравли­ вание исследуемой поверхности со съемкой топограмм для каждого уровня. Дислокационная структура поврежденного слоя изучалась на трансмиссионном электронном микроскопе. Одновременно оптически полированная поверхность исследо­ валась на микроскопах МИМ-7 и МБС-2. Анализ топограмм показал, что характер нарушений в поверхностном слое, вы­ званный механической обработкой, зависит от вида обработки. Лучшие результаты дала обработка кремниевых пластин су­ спензией на основе аэросила. Чистота обработки после поли­ ровки аэросилом соответствует 14-му классу.

На станке марки ЗШП нами были опробованы следующие составы и режим полировки:

1) NH4OH 25%-ной концентрации — 30 мл, NH4C1 — 2,5 г, азроснл — 120 г, деионизованная вода — 1000 мл;

2) NaOH 30%-ный раствор — 70 мл, глицерин — 50 мл, аэросил — 100 г, деионизованная вода — 1000 мл;

3) этилендиамин — 100 мл, глицерин — 70 мл, аэро­

шивании. Аэросил добавляли в буферный раствор и переме­ шивали до образования однородной массы. Пластины крем­ ния после обработки по существующей технологии поступа­ ли на финишную полировку суспензией двуокиси кремния. При полировке на сукне завалы по краям кремниевых плас­

честве полировальника фланели не дало положительных ре­ зультатов из-за быстрого истирания фланели и попадания ворсы в суспензию.

Недостатком этих составов было быстрое понижение pH раствора и, как следствие этого, большой расход суспен­ зии при циркулярной ее подаче. Поверхность кремниевых пластин, полированная суспензией этилендиамина, 'зеркаль­ ная. без видимых дефектов фона.

77