referat (728905), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Оборудование для нанесения гальванических покрытий.
Для подготовки изделий к покрытию применяют в основном стационарные ванны.
Обезжиривают изделия в сварных прямоугольных ваннах, изготовленных из листовой стали. Ванны для обезжиривания в большинстве случаев снабжены подогревом и имеют специальные вентиляционные устройства. В ваннах предусмотрены специальные устройства «карманы» для удаления с поверхности раствора пены и масла.
Для травления меди и ее сплавов применяют керамиковые ванны, оборудованные вентиляционными устройствами.
Ванны для нанесения гальванических покрытий делают в основном из стали и в случае необходимости выкладывают внутри различными изоляционными материалами. Для кислых электролитов для внутренней обкладки применяется винипласт. Их используют для кислого цинкования, лужения, кадмирования, лужения, меднения, никелирования, осаждения сплава олово-свинец.
Для серебрения и золочения изготавливают фарфоровые, керамиковые или эмалированные ванны небольших размеров.
При интенсифицированном режиме большинство электролитов требуют подогрева, перемешивания и непрерывной фильтрации для чего ванны оборудуют соответствующими специальными устройствами: бортовым вентиляционным отсосом и электроподогревателями. Для перемешивания электролитов применяют сжатый воздух или механические мешалки, или движущиеся штанги. Для фильтрации применяют различные устройства периодического или непрерывного действия. При фильтрации электролит откачивается со дна ванны и пропускается через фильтр, затем снова попадает в ванну. Для
периодической фильтрации применяются передвижные фильтры, состоящие из насоса, фильтра, подающей и отводящей труб.
Для механизации процессов подготовки и наведения гальванических покрытий применяются полуавтоматические и автоматические ванны, также автоматизированные установки с программным обеспечением.
Все гальванические процессы протекают в основном под действием постоянного тока низкого напряжения. Для этого широко применяются выпрямители, создающие индивидуальное питание для каждой ванны (в соответствии с потребляемой силой тока).
Применение гальванотехники в микроэлектронике.
Удаление загрязнений с поверхности подложек.
Электрические характеристики интегральных микросхем (ИМС) и их надежность во многом обуславливаются степенью совершенства кристаллической решетки и чистотой обрабатываемой поверхности пластин и подложек. Поэтому обязательным условием получения бездефектных полупроводниковых и пленочных структур является отсутствие на поверхности пластин и подложек нарушенного слоя или каких-либо загрязнений.
В условиях производства ИМС пластины и подложки соприкасаются с различными средами, и полностью защитить их от адсорбции различного рода примесей невозможно. В тоже время получить идеально чистую поверхность (без посторонних примесей) тоже невозможно.
Для удаления загрязнений на поверхности и приповерхностном слое, в том числе тех, которые находятся в химической связи с материалом пластины или подложки, используют химические методы удаления. Они основаны на переводе путем химической реакции загрязнений в новые соединения, которые затем легко удаляются. Одним из таких методов является электрохимическое травление полупроводников.
Процесс травления пластин и подложек состоит в растворении их поверхности при взаимодействии с соответствующими химическими реагентами (щелочами, кислотами, их смесями и солями).
В соответствии с электрохимической теорией взаимодействие между полупроводником и травителем обусловлено тем, что на поверхности пластины при погружении ее в травитель существуют анодные и катодные микроучастки, между которыми возникают локальные токи. На анодных участках происходит окисление кремния с последующим растворением оксида и образованием кремний-фтористоводородной кислоты, на катодах – восстановление окислителя (азотной кислоты). В процессе травления микроаноды и микрокатоды непрерывно меняются местами. Результирующее уравнение реакции при этом имеет вид:
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O
Для ряда травителей энергия активации химической реакции Еа на порядок и более превышает энергию активации, определюящую скорость диффузии реагента. В этом случае скорость травления определяется скоростью химической реакции vр:
Vтр = vр (NA)a (NB)b exp(- Еа/(RT),
где NA и NB - концентрации реагирующих веществ; R – универсальная газовая постоянная; a и b – показатели, численно равные коэффициентам в уравнении химической реакции.
Поскольку энергия активации химической реакции зависит от неоднородности поверхности, скорость травления чувствительна к состоянию поверхности. Так как различные кристаллографические поверхности структуры кремния имеют различно значение Еа, то скорость травления зависит от ориентации пластин, а также от температуры.
В качестве селективных травителей (травители, для которых
контролирующей стадией является химическая реакция) пластин кремния используют водные растворы щелочей (например, NaOH, KOH) и гидразин гибрат (NH2)2H2O.
Для селективных травителей характерная разница скоростей травления в различных кристаллографических
направлениях достигает одного порядка и более. Так, для щелочных травителей изменение скорости травления соответствует схеме (100) (110) (111).
Селективное травление используют для локальной обработки полупроводниковых пластин, в том числе для создания изолирующих областей при изготовлении ИМС.
Электрохимическое травление основано на химических превращениях, которые происходят при электролизе. Для этого полупроводниковую пластину (анод) и металлических электрод (катод) помещают в электролит, через который пропускают электрический ток. Процесс является окислительно-восстановительной реакцией, состоящей из анодного окисления (растворения) и катодного восстановления. Кинетика анодного растворения определяется концентрацией дырок, генерируемых на поверхности полупроводниковой пластины.
Электрохимическое травление кремниевых пластин производят в растворах, содержащих плавиковую кислоту, при возрастающей плотности тока. При этом вначале происходит образование на поверхности пластины слоя оксида кремния, в состав которого
входит фтористокремниевый комплекс SiF2, окисляющийся в водных растворах с выделением водорода согласно реакции:
NSi + 2nHF (SiF2)n + 2nH+ + 2ne-
(SiF2)n + 2nH2O nSiO2 + 2nHF + nH2
Затем происходит анодное растворение оксида кремния в плавиковой кислоте:
SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O
Такой процесс называют также электрополировкой.
Для ускорения наименее медленных стадий процессов очистки с целью повышения качества очистки и производительности процессов применяют анодно-механическое травление. В основу анодно-механического травления положено электрохимическое травление, сопровождаемое механическим воздействием. Электролит подается на освещенные мощной лампой (для генерации дырок) пластины, которые предварительно закрепляются на аноде и
соприкасаются с вращающимся катодным диском, содержащим радиальные канавки. При этом скорость электрополировки достигает 400нм/с.
Электролитическое травление применяют как для очистки поверхности пластин, так и для их локальной обработки.
Электрохимическое нанесение пленок
В технологии микроэлектроники для получения пленочных покрытий с различными свойствами наряду с вакуумными применяют электрохимическое осаждение, анодное окисление. В основу метода положены реакции протекающие в водных растворах солей металлов в условиях приложенного электрического поля. В результате взаимодействия продуктов реакции с подложкой образуется пленка.
Электролитическое осаждение – осаждение пленок из водных растворов солей металлов (электролитов) под действием электрического тока, которое осуществляется в специальных электролитических ваннах, заполненных электролитом и содержащих два электрода: анод и катод.
При электроосаждении меди из раствора медного купороса в качестве анода используется медная пластина. С приложением к электродам разности потенциалов происходит разложение электролита на ионы. Под действием электрического тока, протекающего через раствор, находящиеся в растворе ионы металла, двигаясь к аноду, захватывают на нем электроны и, осаждаясь, превращаются в нейтральные атомы. Под действием тока ионы меди, достигая катода, отбирают два электрона, образуя нейтральные атомы, а на аноде атом меди отдает два электрона и переходит в раствор в виде положительного иона. Процесс описывается следующими уравнениями:
на катоде Cu2+ + SO42- + 2e = Cu0 + SO42-;
на аноде Cu0 + SO42- = Cu2+ + SO42- + 2e.
Осаждение атомов металла начинается на дефектах структуры подложки, после этого они перемещаются вдоль поверхности к изломам, образуя пленку. Таким образом, пленка
развивается островками, которые разрастаются во всех направлениях, пока не сольются. Если вблизи зародыша концентрация электролита понижена (что имеет место в большинстве случаев), то условия благоприятны для роста пленки по нормали к поверхности.
Свойства осажденных пленок зависят от состава электролита, плотности тока, температуры, интенсивности перемешивания электролита, скорости дрейфа ионов металла, формы и состояния поверхности подложки.
Толщина пленки контролируется по значению тока и времени осаждения:
d = gIt/Sп;
где - выход металла по току, g – электрохимический эквивалент, I – ток, протекающий через электролит, t – время, в течение которого осаждается металл, - плотность пленки, Sп – площадь подложки.
Практически значение тока постоянно, а время осаждения – контролируемый параметр.
Методом электроосаждения получают пленки из различных металлов: меди, никеля, золота, серебра и др.
В тонкопленочной технологии микроэлектроники электроосаждение применяют для изготовления многослойных металлических масок, повышения проводимости внутрисхемных соединений, создания жестких и балочных выводов ИМС, золочения корпусов. Метод электроосаждения широко применяется также для получения тонких магнитных пленок, используемых в качестве элементов памяти.
Анодное окисление – взаимодействие химически активных металлов с ионами кислорода, выделяющимися у анода при электролизе с образованием оксидной пленки. Процесс анодного окисления, или анодирование, имеет много общего с электролитическим осаждением. Аппаратурное оформление этих методов практически одинаково, однако в данном случае пленки образуются на аноде, которым является подложка.
В процессе анодирования происходит электролитическая
реакция соединения кислорода с металлом в приповерхностных слоях подложки. При этом металл анода не растворяется, как в случае электроосаждения, а при взаимодействии с кислородом образует плотно сцепленную с подложкой оксидную пленку. Механизм роста пленки заключается в переносе ионов кислорода через растущий оксидный слой под воздействием электрического поля, возникающего в пленке в случае приложения к электродам напряжения от внешнего источника. Скорость роста оксидной пленки зависит от природы электролита, условий проведения процесса – электрического режима и температуры. Толщина оксидной пленки при анодировании пропорциональна количеству электричества, прошедшего через ванну.
В технологии микроэлектроники путем анодирования получают оксидные пленки из тантала и алюминия. При этом сначала на подложку вакуумным методом наносится пленка исходного металла, которая впоследствии подвергается локальному анодированию. Процесс получения оксидных пленок анодированием состоит из первоначальной формовки при постоянной плотности тока и окончательной формовки при постоянном напряжении. Такое ведение процесса обусловлено тем, что с ростом толщины пленки ее возрастающее сопротивление приводит к снижению силы тока.
Особенностью получения анодированных пленок является их рост в условиях приложенного электрического поля, напряженность которого достигает 107 В/см. Такие пленки харктеризуются высокой электрической прочностью, поэтому их используют в качестве изолирующих и диэлектрических слоев.
Вакуумное нанесение пленок тантала и алюминия с последующим анодированием позволяет создавать высококачественные пленочные конденсаторы и изолирующие слои при многослойной разводке. Основным преимуществом при этом является получение различных пленочных структур из одинаковых исходных материалов.
В технологии микроэлектроники анодирование используют также для получения необходимого значения сопротивления пленочных танталовых резисторов путем превращения верхнего проводящего слоя тантала в непроводящий оксид тантала.
Изготовление печатных плат электрохимическим методом.
Назначение печатных плат и способы их изготовления.
Непрерывное развитие всех отраслей приборостроения обусловило значительное расширение области применения электролитических и химических покрытий. Детали из пластмасс с металлическими покрытиями широко используются в радиотехнической промышленности и других областях народного хозяйства. Особо большое значение процессы металлизации полимерных материалов приобрели в производстве печатных плат.
Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или на обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с заданной электрической схемой. Для монтажа на плату радиоэлементов служат отверстия в плате, которые в зависимости от назначения могут быть металлизированы. Металлизированные монтажные отверстия служат также для электрического соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы.
К печатным платам предъявляют ряд существенно важных требований по величине сопротивления изоляции диэлектрических материалов, по точности расположения монтажных отверстий и проводников и т.д. Одним из главных требований, предъявляемых к платам, является достаточная прочность слоя металлизации в отверстиях из диэлектрического материала, а также обеспечение способности к пайке поверхности металлического слоя, что достигается соответствующим выбором гальванического покрытия и технологией металлизации. Поэтому в производстве печатных плат особое внимание уделяется правильному выполнению операций химико-электролитической металлизации диэлектрических материалов и качеству металлических покрытий на проводниках и в отверстиях. Изготовление печатных плат может осуществляться различными способами: вытравливания, электрохими-ческого или химического осаждения, комбинированным.
При электрохимическом (химическом) способе изготовления печатной платы исходным материалом служит нефольгированный диэлектрик, в котором предварительно сверлятся отверстия в соответствии с заданной монтажной схемой. Защитный рисунок схемы наносят таким образом, чтобы открытыми оставались те участки, включая отверстия, которые подлежат металлизации для образования проводников
и контактных площадок. Создание проводниковых слоев осуществляется вначале методом химического осаждения меди, а затем электролитического осаждения меди или других металлов для получения слоя толщиной 35 – 50 мкм.
Гальваническое меднение
Гальваническое меднение является важнейших операций технологического производства плат. Гальваническим осаждением меди создается необходимый по толщине слой металла в отверстиях и на проводниках печатной. Качество медного слоя, его распределение по толщине определяют качество металлизации и экономические показатели производства. Минимальная толщина слоя меди в отверстиях определена в 25 мкм. При малых толщинах меди металлизированные отверстия получаются механически непрочными и после нескольких перепаек деталей легко разрушаются. Кроме того, при малой толщине слой меди бывает очень пористым, в результате чего в процессе пайки через поры проникают газообразные продукты из диэлектрика и водяные пары, что влечет за собой плохую смачиваемость припоя и недоброкачественную пайку выводов радиодеталей в отверстиях. Характерной особенностью меднения печатных плат является наличие большого количества отверстий, подвергаемых металлизации, поэтому электролиты меднения должны обладать хорошей рассеивающей способностью и в тоже время допускать применение повышенной плотности тока в цепях интенсификации процессов.
Наличие фоторизистов или защитных красок, которые могут взаимодействовать с электролитом, что влечет за собой накопление вредных примесей органических веществ. Основным фактором, определяющим выбор электролита, является отношение толщины платы к диаметру отверстий, что имеет особое значение при меднении многослойных печатных плат, когда число слоев может доходить до 20, а толщина платы до 5 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
