9. При достижении давления в системе 10–1 мм рт. ст. или 12 делений по шкале вакуумметра (положение отмечено красной риской) включить кнопкой на панели управления установкой диффузионный насос.
10. Откачать систему до предельного вакуума (примерно 10–4 мм рт. ст., стрелка вакуумметра при этом будет в крайнем правом положении) и на протяжении всего процесса откачки и работы на установке следить за напором воды.
11. При достижении требуемого вакуума (примерно 10–4 мм рт. ст.) произвести напыление пленок алюминия или меди. Для этого необходимо:
не изменяя положение вакуумных кранов подать напряжение на нагревательные элементы испарителей (перевести переключатель из вертикального положения в одно из положений «медь» или «алюминий» соответственно, включив предварительно блок питания испарителей в сеть 220 В);
плавно увеличивать напряжение на испарителе ручкой «ЛАТР», смонтированной на верхней панели блока управления испарителями, до тех пор, пока не заметим слабое свечение раскалившегося нагревательного элемента испарителя;
увеличив еще напряжение на испарителе примерно на 10 %, зафиксировать момент увеличения давления в системе (стрелка вакуумметра отклонится влево примерно на ¼ шкалы). Этот момент будет характеризоваться максимальной скоростью роста пленки на подложке;
сразу после увеличения давления в системе резко снять напряжение на испарителе до нуля (этот момент еще будет характеризоваться ростом пленки на подложке до момента остывания испарителя).
12. В таком положении подложки должны остыть практически до комнатной температуры (примерно в течение 15—20 мин). В противном случае после разгерметизации установки пленка металла на подложках окислится.
13. При необходимости дождаться откачки установки до прежнего разрежения (примерно 10–4 мм рт. ст.) и по аналогии напылить пленку другого металла, используя второй испаритель (п.п. 11 и 12);
14. Произвести разгерметизацию колпака установки и выгрузку подложек с напыленными пленками в следующей последовательности:
закрыть кран «ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» и проверить, закрыт ли кран «БАЙПАС». Если он оказался открыт, то вы плохо изучили предыдущие пункты описания работы, и вам необходимо его закрыть;
плавно открывая кран «НАТЕКАТЕЛЬ» напустить воздух под колпак установки;
снять защитную сетку с колпака установки;
осторожно снять колпак, установив его на специальном держателе, и извлечь подложки с пленками из подложкодержателей, по возможности не касаясь плоскости подложек руками.
15. Если необходимо дальнейшее нанесение пленок на другие подложки, то необходимо их установить на подложкодержателе, далее по приведенной выше методике установить колпак и защитную сетку, предварительно протерев уплотнительное кольцо изопропиловым спиртом, закрыть кран «НАТЕКАТЕЛЬ» и «ФОРВАКУУМ» и произвести предварительную откачку подколпакового объема установки до давления 10–1 мм рт. ст. через магистраль байпаса, соответственно открыв кран «БАЙПАС». После достижения давления в системе 10–1 мм рт. ст. закрыть кран «БАЙПАС», открыть краны «ФОРВАКУУМ» и «ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» и откачать систему диффузионным насосом до предельного вакуума (примерно до 10–4 мм рт. ст.). Далее можно приступать к напылению пленок на подложки (для этого повторите п.п. 11—14 данного описания).
16. Порядок выключения установки.
Если на все подложки пленки нанесены, то необходимо приступить к выключению установки. Для этого необходимо выполнить следующие действия:
еще раз проверить правильно ли установлены вакуумные краны: при разгерметизированном колпаке кран «НАТЕКАТЕЛЬ» — открыт, кран «ВЫСОКИЙ ВАКУУМ» — закрыт, кран «БАЙПАС» — закрыт, кран «ФОРВАКУУМ» — открыт и производится постоянная откачка диффузионного насоса, кран «НАПУСК ВОЗДУХА В НАСОС» — закрыт, так как работает форвакуумный насос;
кнопкой на панели управления выключить диффузионный насос, при этом соответствующая лампочка погаснет;
в таком состоянии, при непрерывной откачке диффузионного насоса форвакуумным насосом, установку следует выдержать в течение 30—40 мин для полного остывания диффузионного насоса;
далее необходимо закрыть кран «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС», кнопкой на панели управления установкой выключить питание форвакуумного насоса и напустить воздух в форвакуумный насос, осторожно открыв кран «НАПУСК ВОЗДУХА В НАСОС»;
нажать красную кнопку полного выключения питания установки, перекрыть вентилем воду для охлаждения диффузионного насоса;
отключить от сети 220 В блок питания испарителями.
17. Параллельно с остыванием диффузионного насоса произвести визуальный или под микроскопом (по заданию преподавателя) осмотр подложек с напыленными пленками. Результаты осмотра занести в таблицу в форме, представленной в табл. 1.
18. В зависимости от задания преподавателя исследовать качество сцепления пленки металла с подложкой, используя ультразвуковой дезинтегратор UD-20 (режим и время обработки подложек ультразвуком уточнить у преподавателя). Результаты исследований занести в таблицу в форме, представленной в табл. 2.
Таблица
1
Результаты
лабораторных исследований
Номер
образца
Способ получения
Характеристики
внешнего вида (краткое описание)
Причины возможного
брака
Таблица
2
Результаты
обработки образцов ультразвуком
Номер
образца
Длительность
обработки, с
Режим обработки
Характерные
признаки изменения
внешнего вида
1. Получить у преподавателя необходимое количество подложек, очистить их от органических и неорганических примесей кипячением в концентрированном растворе кальцинированной соды, а затем протравить в течение 3—5 мин в хромовой смеси. При необходимости оценить чистоту тестовой подложки по краевому углу смачивания.
2. Установить чистую подложку на подложкодержателе рабочей камеры установки.
3. Установить колпак рабочей камеры установки.
4. Убедиться в наличии установленной емкости с рабочим газом (азотом).
5. Включить и отрегулировать водяное охлаждение диффузионного насоса.
6. Включить электропитание установки магнетронного распыления.
7. Проверить положение вакуумных кранов: «НАТЕКАТЕЛЬ» — закрыт, «БАЙПАС» — открыт, краны «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС» и «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС» — закрыты.
8. Тумблером «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС» включить форвакуумный насос установки магнетронного распыления. При этом загорится индикатор «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС ВКЛЮЧЕН».
9. Перекрыть кран «НАПУСК РАБОЧЕГО ГАЗА», полностью открыть «НАТЕКАТЕЛЬ» и откачать газовую магистраль до давления 10–1 мм рт. ст. или 12 делений по шкале вакуумметра ВИТ-3.
10. При достижении давления в системе 10–1 мм рт. ст. или 12 делений по шкале вакуумметра ВИТ-3 тумблером «диффузионный насос» включить диффузионной насос. При этом загорится индикатор «диффузионный насос включен».
11. Далее вакуумные краны привести в следующее положение: «БАЙПАС» — закрыт, краны «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС» и «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС» — открыты.
12. Откачать систему до предельного вакуума (примерно 90 делений по шкале вакуумметра ВИТ-3). Строго следить за напором воды.
13. При достижении требуемого разрежения в системе полностью закрыть «НАТЕКАТЕЛЬ» и переключить трехходовой кран «НАПУСК РАБОЧЕГО ГАЗА» на подачу рабочего газа (аргона).
14. Продолжить откачку системы до достижения предельного вакуума (примерно 10–4 мм рт. ст.), при этом стрелка вакуумметра отклонится в крайнее правое положение.
15. С помощью «НАТЕКАТЕЛЯ» установить требуемое давление рабочего газа в камере (желательно, чтобы оно было точно равно 8·10–2 мм рт. ст — 80 делений по шкале вакуумметра).
16. Включить тумблер «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ». При этом включится индикатор «высокое напряжение включено».
17. Поворачивая ручку ЛАТРа установить требуемое напряжение зажигания разряда, при этом газовый разряд можно будет визуально наблюдать через прозрачное стекло колпака напылительной камеры. Рекомендуемый ток распыления мишени 100 мА (20 делений по шкале миллиамперметра). С этого момента начинается процесс распыления мишени и осаждение пленки на подложке.
18. После получения пленки нужной толщины напряжение на мишени ручкой ЛАТРа уменьшить до нуля. Выключить тумблер «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ».
19. «Промыть» вакуумную распылительную камеру рабочим газом до остывания подложки, то есть после выключения разряда в течение 5 мин не закрывать «НАТЕКАТЕЛЬ».
20. Закрыть НАТЕКАТЕЛЬ», перекрыть трехходовой кран «НАПУСК РАБОЧЕГО ГАЗА» и кран «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС». Дать подложкам окончательно остыть в течение 3—5 мин.
21. Переключить трехходовой кран на подачу воздуха, полностью открыть «НАТЕКАТЕЛЬ» и напустить воздух под колпак распылительной камеры.
22. Снять стеклянный колпак, установить его на специальном держателе и извлечь подложки.
23. Если необходимо продолжить напыление пленок на другие предварительно очищенные подложки, то надо:
установить их на подложкодержателе, закрыть распылительную камеру стеклянным колпаком, привести вакуумные краны «НАТЕКАТЕЛЬ», «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС», «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС» в положение «ЗАКРЫТЫ» и только после этого открыть кран «БАЙПАС»;
перекрыть кран «НАПУСК РАБОЧЕГО ГАЗА», полностью открыть «НАТЕКАТЕЛЬ» и откачать газовую магистраль до давления 10–1 мм рт. ст. или 12 делений по шкале вакуумметра ВИТ-3;
перейти к п.9 и повторить последовательность работы на установке до п.22.
24. Порядок выключения установки магнетронного распыления.
Непосредственно после извлечения подложки с пленкой из подложкодердателя положения вакуумных кранов должны быть следующими: трехходовой кран «НАПУСК РАБОЧЕГО ГАЗА» — открыт на атмосферу; «НАТЕКАТЕЛЬ» — полностью открыт, «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС» и «БАЙПАС» — закрыты, «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС» — открыт. В таком состоянии напылительная камера разгерметизирована, оба насоса работают, форвакуумный насос непрерывно откачивает диффузионный насос;
перекрыть трехходовой кран и выключить тумблер «ДИФФУЗИОННЫЙ НАСОС»;
через 25—30 мин выключить тумблер «ФОРВАКУУМНЫЙ НАСОС»;
закрыть воду;
отключить установку от электросети.
25. Параллельно с остыванием диффузионного насоса произвести визуальный или под микроскопом осмотр подложек с нанесенными пленками. Результаты осмотра занести в таблицу в форме, представленной в табл. 1.
26. В зависимости от задания преподавателя исследовать качество сцепления пленки металла с подложкой, используя ультразвуковой дезинтегратор (режим и время обработки подложек ультразвуком уточнить у преподавателя). Результаты исследований занести в таблицу в форме, представленной в табл. 2.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Краткие теоретические сведения.
3. Лабораторное задание.
4. Протокол выполнения операций при работе на установке.
5. Результаты выполнения работы (образцы подложек с напыленными пленками, заполненные формы таблиц).
6. Выводы по работе, в которых должны быть отражены возможные причины возникновения брака при напылении пленок.
Контрольные вопросы
1. Приведите примеры использования тонких металлических пленок в технологии микроэлектроники.
2. Охарактеризуйте метод термического испарения в вакууме для целей получения тонких металлических пленок (возможности метода, область применения, преимущества и недостатки).
3. Охарактеризуйте метод термического испарения в вакууме с точки зрения динамики процесса (стадии процесса, влияние условий, наиболее благоприятный режим проведения процесса).
4. Охарактеризуйте аппаратное оформление установки термического испарения в вакууме (наиболее важные блоки установки, их назначение).
5. Зачем необходимо проводить термическую обработку пленки после ее нанесения?
6. Охарактеризуйте различные типы испарителей в составе установки вакуумного напыления (возможности, принцип действия, преимущества, недостатки).
7. Охарактеризуйте метод магнетронного распыления для целей получения тонких металлических пленок (возможности метода, область применения, преимущества и недостатки).
8. Охарактеризуйте метод магнетронного распыления с точки зрения динамики процесса (стадии процесса, влияние условий, наиболее благоприятный режим проведения процесса).
9. Охарактеризуйте аппаратное оформление установки магнетронного распыления (наиболее важные блоки установки, их назначение).
10. Под действие чего происходит распыление катода-мишени. Механизм ионизации рабочего газа. Критерии выбора рабочего газа.
Цель работы: ознакомится с методами приварки проволочных выводов полупроводниковых приборов и интегральных схем и получить практические навыки работы на технологическом оборудовании, позволяющем выполнять ультразвуковую приварку выводов.
Теоретические сведения
Кристалл полупроводникового прибора может выполнять свои функции только после присоединения к его активным областям металлических проводников — выводов, которые служат для подключения к корпусам, выводным рамкам, а затем — к внешним электрическим цепям.
Разработка новых типов ИС, особенно БИС и СБИС, ориентирована на использование автоматического сборочного оборудования с электронными сканирующими устройствами и системами оптико-телевизионного контроля. Уже используются в производстве автоматы производительностью до 10—15 тысяч соединений в час и выше. Автоматизация процессов монтажа микросоединений, являясь одной из сложнейших инженерных задач, выдвигает повышенные требования к микропроволоке, покрытиям контактных площадок кристаллов и траверс корпусов и микросварочному инструменту.
В производстве широко используется метод проволочного присоединения, при котором в качестве выводов служат гибкие металлические проводники из алюминия, золота, меди и платины. Проволочное присоединение обеспечивает высокую надежность микросоединений, легкость контроля и возможность автоматизации технологического процесса сборки.
Проволока микронных размеров. Миниатюризация в электронике вызывает необходимость использовать на сборочных операциях проволоку диаметром до 0,018 мм. При сварке на автоматических установках иногда происходят обрывы проволоки.
Наиболее широко используется алюминиевая проволока. Сварку осуществляют внахлест и реже встык шариком.
При сварке алюминиевой проволокой встык шариком получение качественных соединений зависит от технологии образования шарика на конце проволоки. Алюминиевые шарики диаметром от 1,7 до 2,5 диаметра проволоки можно получить, регулируя время разряда и плотность тока.
Для формирования соединений различными способами в производстве изделий микроэлектроники широко используется золотая проволока.
Известен способ получения высокопрочной проволоки диаметром 0,025 мм из золота для сборки изделий микроэлектроники. Способ основан на получении порошка золота с добавками иттрия или церия. При получении порошка редкоземельный элемент частично окисляется. Для завершения окисления порошок выдерживают в окислительной атмосфере при повышенной температуре, а затем формируют из него пруток. Из прутка известными методами вытягивают проволоку диаметром от 0,025 мм. Данная технология обеспечивает высокие механические и электрические свойства золотой проволоки.
Д
184
Для автоматизированной термокомпрессионной сварки (ТКС) выводов ИС используется высокочистая медная проволока, содержащая 99,999 % Cu. Такую проволоку получают способами вакуумной плавки и зонной очистки.
Проволоку микронных размеров из меди получают различными способами. Одним из методов получения бескислородной меди и других высокочистых материалов на основе меди предлагается в материал при плавке добавлять элементы Mg, Ca, Ti, Zr, Li, Na, K и др.
При прокатке меди в нее попадают частицы стали, образующиеся за счет износа валков. Поэтому чистота медных заготовок зависит от износостойкости рабочих органов волочильного оборудования и качества смазки. Замена стальных валков на керамические значительно снижает износ и, соответственно, загрязнение меди.