Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 83

Градиент концентрации примеси в области р-и перехода ЫМ Мо 0 — — 2(н-- 'у 2н ~н это Метод ионного легирования имеет ряд характерных особенностей. Во-первых, универсальность — используя ускоренные ионы, можно вводить атомы любого элемента в любой кристалл. В связи с этим метод ионной бомбардировки дает положительные результаты и в тех случаях, когда обычные способы легирования либо вообще непригодны, либо встречают определенные трудности.

Например, ионами бора и фосфора было осуществлено легирование алмазов, прн этом проводимость алмазов увеличилась на !О порядков. Во-вторых, низкотемпературные условия легироваиия — в процессе облучения кристалл находится практически при комнатной температуре. Отжиг образцов, который необходим после облучения для «залечивания» радиационных дефектов, проводится, как правило, при относительно невысокой температуре (для кремния 600 ...700 'С).

В-третьих, метод ионного легирования позволяет проводить/ локальное легирование и получать мелкие р-л переходы с точно заданными размерами в трех измерениях. Применяя широкие сканирующие ионные пучки и маски требуемого профиля или исполь- зуя острофокусированный ионный пучок, управляемый по заданной программе, можно создавать матрицы активных элементов микро- схемы. В-четвертых, при облучении образцов в ионном ускорителе мож но точно дозировать количество вводимой примеси и, регулируя эне гию ионов, а также используя ориентационные эффекты, управ лять профилем концентрации внедренных атомов. Это весьма важно, так как известно, что электрические свойства полупроводниковых приборов в значительной степени зависят от' концентрации и характера распределения примесей вблизи р-и перехода.

Наконец, следует отметить, что внедрение ионов осуществля- ется в условиях высокого вакуума, при строгом контроле за энер- гией и потоком ионов, причем длительность облучения, как правило, варьируется в пределах от нескольких секунд до нескольких минут, Благодаря этим всем обстоятельствам при серийном выпуск полупроводниковых микросхем может быть достигнута высокая про изводительность труда, близкая к !00 Я воспроизводимост электрических параметров изготовляемых приборов.

Основным недостатком метода ионного легировання является возникновение в облучаемом кристалле большого количества радиа- ционных дефектов. Ионно-легированные слои обычно тоньше слоев, легированных другими способами, их получают при более низких температурах, для маскирования пригоден более широкий ассортимент материалов, в частности фоторезисты (см. гл. 8).

Но зато в них не все ионно- внедренные атомы могут быть электрически активными, и в легиро- ванной области может оставаться много дефектов. 11.7. ОПЕРАЦИИ СОЕДИНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Монтаж кристаллов на основание корпуса и на плату гибридной микросхемы. Основные методы крепления кристаллов — соединения с помощью припоев, эвтектических сплавов или клеев. Между металлизированными поверхностями обратной стороны кристалла и основания корпуса или подложки размещают кусочек фольги припойного сплава или эвтектики толщиной около 50 мкм. Для соединения кристалла с основанием корпуса используются эвтектический сплав 88Я Ац, !2",г' Ое с температурой затвердевания 356'С, сплав 98~~ Ап, 29' 5! с температурой затвердевания 370'С, для соединения кристалла с подложкой микросхемы сплав 80оя Ац, 209'„Бп, этот же сплав часто используют для соединения основания и крышки керамических и металлокерамических корпусов.

При монтаже часто 370 используют нагрев горячим газом, пайку импульсным нагревом. Оптимальный режим эвтектической пайки: температура 390...420 С, время 3...5 с, давление 3...5 НУмм'. Способы монтажа, основанные на применении легкоплавких припоев и эвтектик, дают наилучшие показатели по прочности и вибропрочности соединений, обеспечивают хороший теплоотвод, но дороги, с трудом поддаются автоматизации, большая разница ТКЛР кристалла и припоя приводит при тепло- сменах к разрушению кристалла, Большой интерес представляют полиимидные и эпоксидные клен. Они пластичны после затвердевания и позволяют автоматизировать процесс монтажа.

Для обеспечения электро- и теплопроводности в них добавляется серебряный наполнитель. Некоторые клен содержат термореактивные материалы н должны подвергаться термообработке для полимеризации. Обычно температура термообработки составляет ! 25... ! 75'С. Клен холодного отвердения термообработке не подвергаются. Сборка кристаллов в корпусе и на коммутационной плате.

Способы соединения материалов в микроэлектронике имеют определенные особенности, обусловленные их малыми геометрическими размерами и разнородностью. Соединения, как правило, миниатюрны; диаметр проволок 20...!00 мкм, плоские детали имеют толщины !0...200 мкм, размеры контактных площадок 50...200 мкм при толщине пленок 0,05...5,0 мкм. Соединяемые материалы — это золото, алюминий, ковар, покрытый тонким слоем золота, и др.

Малые размеры требуют высокой точности позиционирования инструмента, а необходимость защиты соединяемых материалов от внешних воздействий — проведения операций сборки с использованием осушенного воздуха или инертных газов. Соединения должны быть прочными и надежными, иметь хорошие электрофизические параметры (например, низкое значение электрического сопротивления); воздействие технологических режимов сборки не должно ухудшать параметров микросхем, контроль качества соединения должен быть простым и надежным. Разработаны следующие способы микросварки: давление с подогревом (термокомпрессия), ультразвуковая, контактная, лазерная и др. Наибольшее применение нашли термокомпрессионная и ультразвуковая микросварки.

Присоединение проволочных выводов методом термокомпрессии осуществляется, как правило, в двух местах: один конец вывода приваривают к контактной площадке кристалла, другой — к выводу корпуса или контактной площадке платы гибридной микросхемы (рис. ! !.59). При соединении золотой проволоки с золотом, напыленным на пленку двуокиси кремния, температура нагрева должна быть 250...370"С, давление 60...!00 Н/мм', а время 0,05...2 с. Основное достоинство термокомпрессионной сварки — соединение без применения флюса и припоев металлов в твердом состоянии при сравнительно низких температурах и малой их деформации зп о 'т й а о ь: 5 ай' в о.

и в й ко н .. а ..-" и х е и м и х о о х о о Ф ~ а. с а х о в о. Ю 'Зо 10...30% как на воздухе, так и в атмосфере защитного газа. Термокомпрессией сваривают такие пластичные металлы, как алюминий и золото, с тонкими нанесенными на полупроводники металлическими пленками, проводниками (медью, коваром) и диэлектриками (ситаллом). Недостатки термокомпрессии —. ограниченное число пар сварнваемых металлов, высокие требования к качеству соединяемых поверхностей и сравнительно низкая производительность труда (обычно сварку выполняют под микроскопом).

При соединении золотой проволоки с алюминиевой контактной площадкой термокомпрессией в месте контакта могут образоваться хрупкие плохо проводящие электрический ток интерметаллические соединения. Для соединения этих материалов, а также при соединении двух алюминиевых деталей, применяют ультразвуковую сварку (рис, 1!.60). При подключении обмотки возбуждения к УЗ-генератору электрические колебания с помощью магнитострикционного преобразователя трансформируются в продольные механические колебания, которые с помощью волновода-концентратора усиливаются по амплитуде до 0,5...2 мкм и через инструмент передаются деталям. В материале соединяемых деталей возникает сложное напряженное состояние, приводящее к деформации в зоне действий инструмента, где одновременно, за счет трения, выделяется тепло, Имеюцтаяся на поверхности алюминия пленка окисла при воздействии ультразвука разрушается, обнажая чистые поверхности, которые и соединяются между собой.

Основные параметры УЗ-сварки: амплитуда колебаний 0,5...2 мкм, частота 60...80 кГц, давление 20...450 Нулмм'. Чтобы избежать проскальзывания, рабочей поверхности инструмента придают специальную форму. Г .вариваемые поверхности должны быть чистыми, не иметь жировых пленок и грубых дефектов. Следует помнить, что основное условие высококачественной ультразвуковой сварки — свободное контактирование соединяемых поверхностей.