Рентгенорезисты не являются особым классом органических соединений и не отличаются по механизму работы от электронорезистов. Особенность состоит лишь в том, что поглощение слоем резиста рентгеновского излучения меньше, чем электрон­ного, поэтому и эффективность экспонирования рентгеновски ми лучами ниже. В результате поглощения кванта энергии рент геновского излучения в резисте возникают фотоэлектроны которые, взаимодействуя с полимерной основой позитивны: или негативных резйстов, приводят к ее деструкции или объем ной полимеризации.

Кроме того, следует учитывать, что в результате поглощения рентгеновского излучения подложка также излучает электроны, которые производят дополнительное экспонирование. Именно вторичное электронное излучение ограничивает разрушающую способность рентгенолитографии.

Важной проблемой рентгенолитографии является разработка технологии изготовления рентгеношаблонов, которые должны отвечал определенным требованиям. Маска рентгеношаблона, нанесенная на тон кую мембрану, должна хорошо поглощать рентгеновское излучение а мембрана должна обладать малым коэффициентом поглощения, достаточной механической прочностью и не давать усадок и искажение при изменении внешних условий.

Исходя из этих требований, маски формируют в виде тон­ких пленок Аu, Pt, W, Mo, а мембраны изготовляют в виде тонких слоев Be, Si, SiO2, Si3N4, A12O3, их сочетаний или спе­циальных безусадочных полимерных пленок.

Как правило, рентгеношаблоны выполняют на жестком кар­касе (обычно ЎЄ это селективно вытравленные кремниевые подложки), на который наносят мембрану. Изображения эле­ментов на рентгеношаблоне создают электронолитографией.

При рентгенолитографии следует учитывать также радиа­ционные дефекты, которые возникают как в экспонируемых Полупроводниковых подложках, так и в рентгеношаблонах. Дефекты, возникающие в формируемых в подложках тран­зисторных структурах, устраняют термическим отжигом. Высокие дозы рентгеновского излучения приводят к тому, что сроки использования рентгеношаблонов невелики.

Одним из достоинств рентгенолитографии является воз­можность получения структур субмикронных размеров с низ­ким уровнем дефектности. Это объясняется тем, что загрязняю­щие частицы, как правило органические, существенно не ос­лабляют рентгеновское излучение при экспонировании, вслед­ствие чего дефекты рентгеношаблона не переносятся на слой рентгенорезиста на подложке.

Рентгенолитографию следует рассматривать как один из наиболее перспективных методов литографии при изготовле­нии сверхбыстродействующих полупроводниковых приборов и ИМС.

7.7 Ионнолитография

При ионолитографии сохраняются принципы формирования изоб­ражения элементов, применяемые при электронно-лучевой литографии, но вместо пучка электронов используется ионный пучок. Разрешаю­щая способность ионолитографии 0,1 - 0,2 мкм.

Ионолитография обладает рядом достоинств, которые обус­ловлены особенностями взаимодействия ионов с материалом резиста.

Первое достоинство состоит в том, что ионы, обладая значительно большей массой, чем электроны, активно взаимодействуют с материалом резиста, следовательно, больше тормозятся и имеют малый пробег, а значит и меньше, чем электроны, рассеиваются. Таким образом, эффект близости при ионолитографии проявляется незначительно, что обуслов­ливает ее высокую разрешающую способность.

Второе достоинство связано с сильным погло­щением ионов, поэтому перенос изображения можно проводить при меньших, чем при электронолитографии, дозах.

Кроме того, пучком ионов можно непосредственно локаль­но легировать структуру ИМС, т. е. формировать им соответ­ствующие структурные области (базы, эмиттеры, стоки, исто­ки и др.). При этом пользуются узким прямоугольным пучком переменной формы, которым непосредственно сканируют соот­ветствующие области или обрабатывают их широким пучком через трафаретный шаблон. Остальные элементы этих установок такие же, как в установках электронно-лучевой литографии (см. §24).

Таким образом, при формировании структур ИМС узким пучком процесс литографии в обычном понимании заменяется процессом размерного легирования, называемым имплантографией.

Основными элементами установок ионолитографии, созда­ние которых вызывает наибольшие трудности, являются ис­точники ионов и системы фокусировки и развертки ионных пучков.

Источник ионов должен обеспечивать формирование ион­ного пучка необходимой энергии и высокой плотности тока. Энергией ионов, как и при ионном легировании, определяется глубина их проникновения в подложки.

В настоящее время развиваются два направления разработки мощных ионных источников: с ионизацией паров жидких метал­лов или газа в сильном электрическом поле. Ионизация в этих источниках происходит вблизи острия электрода, на который подается потенциал. При напряженности электрического поля до 106 ЎЄ 107 В/см в него вводится капля расплавленного метал­ла на подогреваемом электроде или газ. В сильном поле ионы вырываются из жидкометаллической фазы или газ, находящий­ся вблизи острия, притягивается к нему и ионизируется. Обра­зовавшиеся ионы вытягиваются из области ионизации системой электродов и ускоряются до заданной энергии.

В последнее время созданы и исследуются возможности применения источников ионов Н, Не, Ar, Ga, Аu, In, Si, Al, Ge. Можно предполагать, что процессы имплантографии займут ведущее место в автоматизированных технологических системах создания СБИС.

8 Сборочные процессы в технологии ИЭОТ
Контроль параметров кристаллов на пластине и плат на подложке на функционирование. Маркировка брака. Методы разделения пластин и подложек. Лазерное и «алмазное» скрайбирование. Сквозное и с последующей ломкой. Разделение с помощью свободного и связанного абразива. Проволокой, полотнами, дисками и алмазными режущими дисками (АРД). Методы установки кристаллов и плат в корпуса. Монтаж с использованием эвтектических сплавов, припоев, клеев и компаундов. Виды корпусов (классификация). Виды выводов. Технология проволочного монтажа. Методы создания неразъемных электрических соединений в изделиях ИЭОТ. Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сварки. РЛ: Паучковые выводы. Технология объемных выводов. Защита кристаллов и плат от дестабилизирующих факторов. Методы и материалы для гермитизации кристаллов и плат. Корпусирование. Типы корпусов (классификация). Методы контроля герметичности корпусов ИЭОТ.
8.1 Методы разделения пластин и подложек
Технология производства интегральных схем на стадии подготовку кристаллов и плат к сборке в корпусах предусматривает разделение полу проводниковой пластины, диэлектрической подложки с функциональными схемами на отдельные кристаллы (платы). Полупроводниковая пластина поступающая на операцию разделения и аккумулирующая в себе значительные трудовые и материальные' затраты, обладает большой стоимостью. Это обстоятельство Налагает высокую ответственность на операцию разделения, определяет ее важное место во всей технологической цепочке производства.

Требования к операции разделения пластин формируются в соответствии с требованиями, предъявленными к кристаллу. Основными и них являются высокий процент выхода годных кристаллов; геометрическая точность кристаллов; низкий уровень сколов по краям кристаллов.

Традиционные методы резки, применяемые в металлообрабатывающей промышленности, Не Всегда могут быть использованы, т.к. Полупроводниковые материалы отличаются высокой твёрдостью и хрупко стыо. Кроме того, традиционная механическая резка сопряжена < большими потерями дорогостоящего полупроводникового материала Наибольшее распространение в технологии микроэлектроники получили следующие способы разделения пластин на кристаллы:

резка пластин на кристаллы диском с наружной режущей кромкой или с применением абразива;

резка пластин на Кристаллы стальными полотнами и проволокой с применением абразива;

разделение пластин на кристаллы скрайбированием с последующей ломкой;

ультразвуковая резка пластин;

разделение пластин на кристаллы травлением.

Из перечисленных способов наибольшее распространение нашли: резка алмазным режущим диском, скрайбирование алмазным резцом и ла зерное скрайбирование с последующей ломкой.
Резка алмазным режущим диском (ДАР) наиболее простой и легко осу­ществимый в Производственных условиях способ резки полупровод­никовых материалов. Алмазная кромка диска "обладает высокой режущей способностью.

Механизм резки полупроводникового материала ДАР следующий: ка­ждое алмазное зерно представляет собой микрорезец, который снимает мельчайшие стружки с обрабатываемой поверхности полупроводникового материала. Резка производится на высоких скоростях (около 5000 об/мин), с одновременным участием в резании большого количества алмазных зёрен, и результате чего достигается высокая производительность обработки. При резке выделяется большое количество тепла, поэтому ДАР необходимо охлаждать водой или специальной охлаждающей жидкостью.

На рисунке 8.1.1 показана схема резки полупроводниковой пластины диском с наружной алмазной режущей кромкой. Диск 1 устанавливается на шпинделе станка и зажимается с двух сторон фланцами 2. В процессе реза­ния алмазный режущий диск вращается с большой скоростью и охлаж­дается жидкостью 3. Разрезаемую полупроводниковую пластину 4 закреп­ляют клеящей мастикой 5 на основание 6.

Рисунок 8.1.1 Схема резки полупроводниковой пластины дис­ком с наружной алмазной режущей кромкой

Для увеличения производительности на шпинделе станка через про­кладку размещают несколько ДАР (в среднем до 200). Толщину прокла­док выбирают в зависимости от требуемых размеров обработки.

Основным недостатком резки диском с наружной режущей кромкой яв­лялась" невысокая жесткость Инструмента (ДАР), зависящая в основном от соотношения его размеров (толщины и внешнего диаметра). Один из путей повышения жесткости инструмента (ДАР) - увеличение скорости его вращения. Возникающие 'при этом центробежные силы направляют по радиусу ДАР, придают ему дополнительную жесткость, однако при большом числе оборотов (свыше 10 000 об/мин) возникают вибрации станка и режущего инструмента.

Другой путь увеличения жесткости - это применение более толсто основы ДАР, однако при этом получается большая ширина пропила, также увеличиваются потери полупроводникового материала.

Жесткость инструмента может быть увеличена также за счет уменьшения разности внешнего диаметра ДАР и прижимных фланцев или прокладок. Установлено, что ДАР будет обладать большей жесткостью, если режущая кромка выступает за края прокладок не более чем на 1,5 толщины разрезаемого материала. .

Современный ДАР (рисунок 8.1.2) представляет собой алюминиевый корпус, на котором электрохимическим методом осажден никель (в качестве связующего материала) с различными абразивными включениями (для разделения полупроводниковых пластин, например, используют мелкие зёрна алмаза размером 3-5 мкм), а затем с части корпуса никель удален хим1 ческйм травлением для вскрытия режущей Кромки.

Рисунок 8.1.2 Современный ДАР:

1 - прижимная прокладка; 2 - адгезионный материал; 3 - абразив­ный слой; 4 - алюминиевый корпус; b - толщина лезвия; h - высота лезвия; d - посадочный диаметр ДАР; p - внешний (рабочий) диа­метр ДАР

При резке пластин ДАР на скоростях вращения инструмента выше 6700 об/с вследствие интенсификации гидромеханических процессов возраста величина сколов в зоне реза. Проблема устранения этих явлений была решена в конструкции диска, где за счёт введения тонкого слоя алмазно-адгезионного материала между абразивным слоем режущей кромки опорным кольцом диска обеспечивается поглощение энергии колебаний стоячих волн в режущей кромке и обеспечивается более высокое качество юза.

Усовершенствованным вариантом ДАР является конструкция, представляющая собой тончайшее лезвие в форме круга, основой которого является эластичный компаунд с равномерно распределенными в нём по объёму алмазными зёрнами. Гонкое лезвие зажимается между двумя обкладками, придающими ему жёсткость. Такой диск обеспечивает получение ширины реза, равной его толщине.

Алмазный режущий диск - своеобразный абразивный инструмент, и поэтому боковые плоскости кристалла имеют вид шлифованной поверхности. Благодаря использованию высоких скоростей движения ДАР можно резать хрупкие, твёрдые и другие материмы. Качество разделения пластин и износостойкость дисков определяется, в первую очередь, точностью оборудования и правильным выбором технологических режимов резания. Выбор оптимального технологического режима обработки определяется свойствами обрабатываемых материалов, глубиной резки и допустимым уровнем сколов.

При разделении полупроводниковых пластин на кристаллы с сохранением ориентации дисковую резку проводят на эластичных адгезионных носителях, представляющих собой полимерные ленты с адгезионным слоем на поверхности, либо на жёстких подложках, в качестве которых могут использоваться бракованные кремниевые пластины, графит, керамика и другие материалы. Для закрепления пластины чаще всего используют “электронный” воск.

При использовании гибкого носителя пластины надрезаются до минимальной перемычки (~10мкм). Операция разламывания на кристаллы, характерная при скрайбировании, отсутствует, а осуществляется непосредственно на операции монтажа, где каждый из кристаллов снимается с адгезионного носителя с подколом. Качество этого процесса в значительной степени определяется свойствами адгезионного носителя, обеспечивающего ориентацию кристаллов при обработке и межоперационной транспортировке. Адгезионный носитель по физико-химическим свойствам должен быть совместим с кремниевым, а также обладать исключительной равномерностью клеевого покрытия, стабильностью адгезионных свойств в воде (отмывка в воде после резки), высокой пластичностью (растягиваться в 1,5-2 раза) и способностью сохранять напряжённое состояние при растягивающих усилиях.

При выборе типа адгезионного носителя необходимо учитывать размеры кристаллов: чем больше кристалл тем меньшей адгезией должен обла­сть носитель. Это требование определяется необходимостью беспрепятственного съёма при монтаже.

Полупроводниковая пластина, наклеенная на адгезионный носитель - ленту для сохранения ориентации разделённых кристаллов, закрепляется в кассете, обеспечивающей натяжение ленты. Такие кассеты выпускаются двух типов в различном конструкторском исполнении кольцеобразные и прямоугольные.

Разделение осуществляется в две стадии: вначале пластины скрайбируют, для чего риски наносят между готовыми структурами по свободному полю в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а затем разламыва­ют по рискам на прямоугольные или квадратные кристаллы. Операция разламывания. Производится на специальном технологическом обору­довании.

Качество скрайбирования при механическом создании риски резцом и последующей ломки в значительной степени зависит от состояния рабо­чей части алмазного резца. Работа резцов с изношенным режущим реб­ром или вершиной приводит к сколам при скрайбировании и некачествен­ной ломке. Обычно скрайбирование выполняют резцами, изготовленными из натурального алмаза, которые по сравнению с более дешёвыми резцами из синтетических алмазов имеют большую стойкость. Наибольшее распространение получили резцы, имеющие режущую часть в форме трёхгранной или усеченной четырёхгранной пирамиды, режущими элементами которой являются ребра пирамиды.

Средняя стойкость резца (одного режущего ребра) при скрайбировании кремния составляет 25-40 пластин диаметром 100 мм (3500 резов). После скрайбирования 25 - 40 пластин или при появлений сколов на пластине резец необходимо проконтролировать под микроскопом. Как пока­зывает опыт, применять резцы с износом режущего ребра более 10-15 мкм нецелесообразно, так как они не обеспечивают качественного скрайбирования. Кроме того, при чрезмерном износе вершин режущего ребра их восстановление при переточке резца затруднено, к быстрому износу резца приводит скрайбирование пластин с покрытием из окисла кремния или ионного диэлектрика. На таких пластинах необходимо предусматривать специальную (без покрытия) дорожку полупроводникового материала шири­ной 50 - 75 мкм.

Широкое применение нацию также лазерное скрайбирование полупро­водниковых пластин, при котором надрез (риска) образуется не механиче­ским, а электрофизическим способом - путём испарения узкой полосы полупроводникового материала с поверхности пластины с помощью сфо­кусированного лазерного пучка, имеющего большую мощность излучения.

Скрайбирование лучом лазера имеет большое преимущество перед скрайбированием алмазным резцом: на рабочей поверхности пластины не происходит образования микротрещин и сколов вследствие отсутствия механического контакта "режущего инструмента" (лазерного луча) с полупроводниковым материалом; скорость скрайбирования может быть увеличена в несколько раз (до 100 - 200 мм/с) благодаря тому, что луч ла­зера всегда контактирует с поверхностью пластины; возможно скрайбиро­вание пластин с любым, в том числе с диэлектрическим покрытием; воз­можно не только скрайбирование на различную глубину, но и сквозное разделение пластины (без последующего разламывания их на кристаллы).

Размеры риски - ширина и глубина, зона термического влияния лазер­ного луча, а также скорость скрайбирования и равномерность удаления ма­териала по всей длине риски определяется скоростью перемещения пла­стин относительно лазерного луча, мощностью, частотой и длительностью импульсов лазерного излучения, а также размером сфокусированного пят­на.

Современные установки лазерного скрайбирования позволяют по­лучать риски шириной около 30 мкм и глубиной не менее 50 мкм при скорости скрайбирования свыше 50 - 100 мм/с. Зона термического воздей­ствия лазерного излучения составляет при этом не более 50 - 75 мкм, вклю­чая ширину риски. Скрайбирование на большую глубину, в том числе сквозное разделение (на глубину до 200 мкм), выполняют с меньшей ско­ростью (5-10 мм/с).

К недостаткам лазерного скрайбирования следует отнести большую сложность и стоимость оборудования, а также необходимость специальных мер защиты рабочей поверхности от продуктов лазерной обработки, обра­зующихся в процессе испарения материала под воздействием лазерного излучения.
Разделение разламыванием. Разламывание выполняется машинным или ручным способом. Руч­ное разламывание обычно позволяет получать больший выход, чем машин­ное. Так как при использовании многорезцовой головки производится одновременное скрайбирование всей пластины, ручное разламывание по­зволяет, если это понадобится, производить разламывание в любой по­следовательности. Обычное разламывание производится таким образом, чтобы на разделение одной пластины приходилось наименьшее число раз­ламываний. Однако при ручном разламывании оператор может "почувст­вовать", когда необходимо дополнительное усилие, и затем в соответст­вии с этим может изменить последовательность. Например, если оказыва­ется, что для разламывания по одной из длинных линий необходимо из­быточное давление, оператор может быстро изменить последовательность и произвести сначала разламывание по белее короткой, линии. Поэтому по­сле того, как пластина расколота на малые части, "трудная" линия будет разделена на части малой длины, благодаря чему разламывание корот­ких частей станет более простым. Другим преимуществом ручного разламывания является возможность Наблюдения оператором каждой линии в процессе разламывания, что позволяет обнаружить заблаговременно линии некачественного реза.

Линия реза коническим алмазным резцом должна, быть очень слабой, без следов образования узора из трещин. Избыточная нагрузка на резец проявляется в виде большого количества отщеплённых кусочков пла­стины. Образующиеся при этом трещины ц сколы образуют картину, по­хожую на выпадение инея; В зависимости от нагрузки такая картина может возникнуть в процессе скрайбирования либо сразу после него, а иногда и нескольких часов спустя. В результате при разламывании линия скола Может начать распространяться вдоль линии скрайбирования, но затем может изменить направление и распространиться вдоль любой из трещин. Поэтому необходимо, чтобы между скрайбйрованием и разламы­ванием проходило минимальное время.

Наиболее распространенными являются методы разламывания проскрайбированных пластин сферой, полуцилиндром и валиком.

Разламывание пластин цилиндрических и сферических (Рисунок 8.1.3) опо­рах позволяет получать кристаллы с соотношением сторон от 1:1 до 1:1,5. Радиус кривизны сферы или полуцилиндра для различных размеров кри­сталлов должен быть различным.

Более универсальным является метод разламывания валиком (Рисунок 8.1.4). Пластину помещают проскрайбированной поверхностью на упругую опору и прокатывают последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях твердым валиком диаметром 10 ЁC 30 мм. Усилие нагружения подбирается в зависимости от жесткости опоры. Меньший диаметр валика и более жесткие опоры используются при меньших отношениях длины кристалла к толщине пластины (1/Н).

Рисунок 8.1.3 Схема пневмогидравлической ломки полупровод­никовых пластин М сферических (цилиндрических) опорах:

а) - исходное положение; б) - положение после разламывания.

При больших значениях параметров отношения 1/Н вместо валика при­меняют клин с небольшим радиусом скругления, который последовательно ориентируют по линиям скрайбирования полупроводниковой пластины (Рисунок 8.1.5). Усилие нагружения при разламывании клином должно быть про­граммируемым.

Рисунок 8.1.4. Разламывание пластины валиком

Рисунок 8.1.5. Схема разламывания клином

Закрепление и ориентация. Подложки закрепляются на металличе­ских брусках, поддерживающих подложки в результате распиливания. Для этого они приклеиваются к брускам с помощью гликольфталата при нагреве. Для совмещения подложка помещается точно по отношению к ограничителю на бруске и потенциальная линия реза настраивается парал­лельно прямоугольным краям бруска. Затем брусок с наклеенной подложкой монтируется на магнитном зажимном устройстве установки для резания, В бруске делаются продольные канавки, что позволяет вести резку подложки насквозь, не задевая алмазным диском металла.

Резка. Для операции резания используется установка для прецизионного резания с магнитными зажимными устройствами. На общей оси набирается несколько алмазных дисков что обеспечивает получение большого числа параллельных рёзов. Подгонка расстояний между дисками осуществ­ляется с помощью металлических прокладок и клиньев из пластмассы. Первоначальная настройка бруска по отношению к дискам осуществля­ется с помощью подгонки Поперечной подачи столика. После этого предпо­лагается, что все бруски точно совмещены, если они точно и надёжно устанавливаются по отношению к упору магнитного зажимного устройства. Для уменьшения времени настройки используются два набора дисков, один из которых настраивается для резки в одном направлении и другой - в направлении, перпендикулярном к первому. .

Обычно для получения максимальной производительности требу­ются высокие скорости резания. Выбор конкретной скорости определяется следующими факторами: число дисков на оси, размеры и концентрация ал­мазных кристаллов на диске, требуемое качество обработки края подложки и желательный срок службы Диска. Для получений чистых, близких к по­лированным краев, применяется резка при малой скорости с использова­нием дисков с Мелкозернистыми алмазами с высокой концентрацией по­крытия. Увеличения размеров частиц и скорости реза приводит к более глу­бокой поверхности реза и в Пределе может привести к появлению зазубрин и растрескиванию.

Так как общие размеры схемы должны точно выдерживаться и края подложки должны быть в приемлемой степени гладкими с минимальным количеством зазубрин и трещин, для использования в производстве необхо­димо выбирать алмазные диски высшего качества при скорости резки 100 -200 об/мин.

Демонтаж и очистка. После окончания резания по обоим направ­лениям брусок с подложкой снимают с магнитного зажимного устройства и помещают в растворитель. Когда клеящее вещество размягчится, под­ложка снимается с бруска и остатки клеящего вещества удаляются путём дальнейшего отмачивания в растворителе, например, в ацетоне.