Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

Страница 16

Обработка щелочами применяют для удаления жировых и некоторых других трудноудалимых загрязнений (графит, полировальные пасты). Жировые загрязнения подразделяются на омыляемые (жиры растительного и животного происхождения) и неомыляемые (минеральные масла). Под воздействием щелочей омыляемые жиры разлагаются (омыляются) с образованием растворимых в воде солей и жирных кислот(стеариновой, олеиновой) и глицерина, а неомыляемые не разлагаются , но могут образовывать эмульсии.

Щелочные растворы должны хорошо смачивать поверхность, эффективно растворять омыляемые жиры, разрушать нерастворимые загрязнения на мелкие частицы и переводить их в состояние эмульсии, легко смываться водой после очистки , и не разрушать поверхности обрабатываемых изделей и не вызывать коррозии оборудования.

Обработку в щелочных раствора обычно проводят при температуре от 70 до 90 С в течение 2–10 минут. Повышение температуры способствует эффективности очистки. Перемешивание раствора в начале обработке не оказывает заметного влияния на качество очистки, поэтому рекомендуется производить по истечении некоторого времени. Отмывку в кислотах и щелочах выполняют погружением, распылением, электролитически, а также в ультразвуковых ваннах.

Отмывка во фреонах.

Отмывка во фреонах обеспечивает высокую степень чистоты поверхности экономичность процесса. Это обусловлено хорошей способностью фреонов растворять различные загрязнения ( в том числе жиры и масла) и их низким поверхностным натяжением, позволяющим легко проникать в различные углубления и быстро испаряться с поверхности после обработки. Кроме того, фреоны не взаимодействуют со всевозможными защитными покрытиями, имеют низкую температуру кипения (что существенно снижает затраты энергии на кипячение и дистилляцию), чисты и стабильны, безвредны, негорючи. Они нерастворимы в воде с ней эмульсии типа «масло» в воде; их смеси со спиртами обладают повышенной растворяющей способностью, а смеси с водой и поверхностно-активными веществами обеспечивают тонкую очистку неметаллических изделий.

Разработано несколько способов отмывки полупроводниковых пластин во фреонах, среди которых наиболее широко применяется два способа. При первом способе пластины предварительно очищают в ультразвуковой ванне в смеси фреона с поверхностно-активными веществами и водой, удаляют адсорбированные молекулы поверхностно-активного вещества в чистом кипящем фреоне, проводят ультразвуковую обработку в чистом фреоне, чтобы удалить остаточные следы поверхностно-активного вещества, и окончательную обработку и сушку в парах фреона. Полная обработка продолжается 7–10 минут. Все операции, кроме первой, выполняются на стандартной установке ультразвуковой очистки, а первую в дополнительной ультразвуковой ванне.

При втором способе пластины обрабатывают в моюще-обезжиривающей смеси 1 мин, прополаскивают в изопропиловом спирте 1 мин, обрабатывают в ультразвуковой ванне в кипящем изопропиловом спирте и сушат в его парах, отмывают кистями в деионизованой воде, а затем обрабатывают в кипящем фреоне и его парах. Полная обработка продолжается 7–10 минут.

Моюще-обезжириваюшая смесь содержит фреон-113, неионогенное поверхностно-активное вещество синтанол, плавиковую кислоту и воду и представляет собой двухфазную эмульсию. Молекулы поверхностно-активного вещества располагаются на границе капель воды, эмульгированных во фреоне. Адсорбция молекул поверхностного вещества на границе двух фаз (воды и фреона) резко уменьшает поверхностное натяжение фреона , чем объясняется высокая очищающая способность смеси. Способность Коллоидных образований молекул поверхностно-активного вещества (мицелл) захватывать водо-нерастворимые загрязнения обеспечивает длительную способность смеси к очистке. Наличие в смеси воды позволяет удалять растворимые в ней минеральные соли. Плавиковая кислота обеспечивает удаление поверхностных оксидных плёнок и ионных загрязнений. Сначала смесь перемешивают до образования пены и обрабатывают в ней кремниевые пластины, помещенные в кварцевую кассету, периодически извлекая кассету из ванны и вновь погружая.

Преимущества отмывки во фреонах такова:

— исключаются операции , при которых используются концентрированные неорганические кислоты, щелочи, а так же токсичные и огнеопасные органические растворители;

— На заключительной стадии не требуется промывка деионизованной водой;

— обеспечивается высокая производительность труда и экономичность, так как фреон легко очищается дистилляцией и может повторно использоваться в процессе отмывки;

— может применяться на различных этапах изготовления полупроводниковых приборов и микросхем (перед оксидированием, диффузией, нанесения фоторезиста, напылением металлических плёнок);

— может использоваться для очистки стёкол, керамики, ситала и других материалов.

Отмывка водой.

После отмывки в щелочах и кислотах или травлении на поверхности изделий остаётся некоторое количество загрязнённого моющего раствора (травителя), который удаляют отмывкой в деионизованной воде. На процесс отмывки оказывают влияние количество загрязнений , переносимых в ванну для прополаскивания, температура и интенсивность перемешивания воды, а также способ отмывки.

Отмывку водой выполняют погружением или прополаскиванием, в потоке или струе. Гидромеханическим способом или в ультразвуковых ваннах.

Отмывка погружением. Отмывку погружением обычно выполняют при мелкосерийном производстве. Для повышения эффективности процесса воду подогревают и перемешивают. Детали при загрузке в ванну не должны касаться её стенок или нагревателей ( если они имеются) и их не следует глубоко погружать , так как нижние слои воды как правило , более загрязнены. Чтобы исключить возможность повторного осаждения загрязнений на поверхность деталей, необходимо регулярно менять воду и промывать ванну. Качество очистки погружением невысоко, так как загрязнения, перешедшие с отмываемых деталей в воду, могут повторно осаждаться на поверхность полупроводниковых деталей. Этот метод как правило используется на первоначальных стадиях для сильнозагрязнённых деталей. Основным достоинством является его простота.

Отмывка в потоке многокаскадных ваннах.

Такая отмывка обеспечивает постоянный отвод загрязнений от очищаемой поверхности и снижает их концентрацию в промывочной воде. Детали переносят последовательно из одной ванны в другую в направлении, противоположному движению потока воды. Расход деионизованой воды в многокаскадный ваннах намного превышает расход в одноступенчатых ваннах. Продолжительность промывки в последней ванне определяют по выравниванию удельным сопротивлением воды на входе и на выходе из неё.

Струйная промывка (струёй жидкости, направленной под давлением на поверхность очищаемого изделия).

Струйная промывка эффективней отмывки в проточных ваннах. Время удаления загрязнений в проточной воде 5–20 минут, а при струйном методе — 1–5 минут. Важными факторами процесса струйной отмывки являются давление, объём и температура подаваемой жидкости. Обычно жидкость подают под давлением 50–400 кПа через специальные наконечники – сопла, что повышает эффективность отмывки, однако возрастает опасность механического повреждения образцов и усиливается процесс пенообразования. Образование пены нежелательно, так как она снижает скорость и качество обработки. Увеличение объёма подаваемой жидкости обеспечивает более быстрое и полное удаление загрязнений.

Струйную отмывку выполняют в закрытых камерах, оборудованных системой многократной циркуляции промывочной жидкости. Для улучшения очистки жидкость подогревают до 50–70 С. Полупроводниковые пластины помещают на вертикальные диск центрифуги, имеющей частоту вращения 200–600 об/мин. Возникающие при вращении центробежные силы способствуют удаления загрязнений с поверхности пластин. Вертикальное расположение пластин исключает возможность попадания на них капель промывочной воды после ограничения отмывки.

Гидромеханическая отмывка – это комплексный способ удаления микроскопических загрязнений с полированной поверхности пластин проточной водой и мягкими вращающимися щётками или кистями. Кисти изготовляют из беличьего меха, а щётки из искусственных материалов (капрона, нейлона). Крепление пластин осуществляется вакуумным присосом. Деионизованную воду подают на пластины под давлением 50–200 кПа. При расходе воды на 1Л/ мин длительность процесса 5–7 минут. Предварительно, чтобы ослабить связи загрязнений с поверхностью и облегчить из механическое удаление, пластины обрабатывают в кислотах или растворителях.