Автор:Ищенко издательство:Академия Издательский Центр с.352,2010 6. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа в 2х томах том 2й

автор:Ищенко издательство:Академия Издательский Центр416с. год выпуска:2010

Лекция №1

В настоящее время существует большое многообразие различных технологических процессов изготовления электронных средств (ЭС), что обусловлено большой и постоянно увеличивающейся номенклатурой самих ЭС. При изготовлении ЭС различного вида могут встречаться как схожие, так и различные технологические процессы. В общем виде можно лишь дать качественную характеристику и охарактеризовать общую схему технологического процесса отдельных групп изделий, отметив основные особенности этапов изготовления. Например электровакуумные приборы (ЭВП), газоразрядные приборы (ГРП), дискретные полупроводниковые приборы (ДПП), интегральные микросхемы (ИМС) и новое - изделия наноэлектроники.

Каждая из этих групп имеет характерные признаки.

1. ЭВП и ГРП:

- наличие вакуумной оболочки (стеклянной, металлостеклянной или металлокерамичес-кой), задача которой заключается в обеспечении вакуумной или газовой среды в приборе в течение срока службы);

- наличие источника электронов или ионов в виде термокатода, фотокатода, холодного катода, обеспечивающего рабочий поток заряженных частиц или плазмы;

- дискретный характер конструкции прибора, в состав которого входят отдельные детали и узлы: вакуумные корпуса (металлические, керамические и стеклянные), катоды (полые и неполые, охлаждаемые и подогреваемые), аноды (полые, неполые, сеточные), контактные узлы, вакуумные кабели и вводы, собираемые в единую конструкцию;

- дискретный характер технологии, связанный с дискретностью конструкции изготавливаемого изделия, для которой характерна строгая последовательность технологических операций.

Для изделий данной группы можно выделить следующие технологические операции:

- формообразование – формовка деталей механическими, термическими, электрофизическими и электрохимическими методами;

- получение вакуумно-чистых деталей – обезжиривание в трихлорэтилене, четыреххлористом углероде, в ПАВ веществах, химическое и электрохимическое травление и полировка, промывка, рафинирующий отжиг в вакууме, водороде или инертных газах;

- нанесение поверхностных покрытий или защитных пленок с целью обеспечения функциональности покрываемого изделия (термоэмиссия, фотоэмиссия или наоборот атиэмиссионные, люминесцентные, газопоглощающие свойства, или электроизоляционные, теплоизлучающие, и антикоррозионные свойства).

- монтажно-сборочные операции и вакуумная герметизация прибора – пайка припоями, сварка плавлением (газовая, аргонно-дуговая, электронно-лучевая, плазменная, лазерная) сварка давлением (электроконтактная, термодиффузионная, ультрозвуковая, холодная), спаи металлов со стеклом и керамикой;

- вакуумная откачка – необходима для обезгаживания деталей, активации катода и наполнения газом объема ЭВП или ГРП;

- операции на отпаянном приборе – необходимы для стабилизации газовой среды, формирования рабочих параметров прибора, придания ему товарного вида и т.д.

2. ДПП и ИМС:

- интегрально-групповой характер технологии связанный с монолитной конструкцией прибора (нельзя изъять какой-либо элемент из целой конструкции и изготовить его отдельно);

- планарность технологического процесса – все операции осуществляются с одной стороны исходной пластины полупроводника;

- методы удаления материала обычными жидкостными травителями (кислотами, щелочами);

- травление парогазовыми смесями, низкотемпературной плазмой (НТП).

- нанесение покрытий термовакуумными, электронно-лучевыми методами, катодным и ионно-плазменным распылением материала для создания омических контактов, резисторов, проводниковых слоев.

- создание диэлектрических слоев методами окисления поверхности полупроводника для создания подзатворного диэлектрика, пассивации поверхности, маскирующего покрытия;

- нанесение монокристаллических слоев методами жидкофазной, газофазной и молекулярно-пучковой эпитаксии;

- методы диффузионного легирования и ионной имплантации;

- методы литографии ФЛ, ИЛ, ЭЛ, РЛ для формирования на поверхности пластины необходимого на данном этапе рисунка;

- сборочные операции – скрайбирование подложек, монтаж чипа на кристаллодержатель, монтаж выводов, покрытие кристалла компаундами герметизация корпуса.

Кроме того отдельными отличительными признаками технологических процессов обладают ТП ГИС, а также ЭС изготавливаемые с помощью печатных плат (ПП).

Таким образом, к основным ТП производства ЭС можно отнести: осаждение пленок и формирова­ние слоев из паровой, жидкой, газовой, ионно-плазменной фаз; травление (растворение) пленок; литографические процессы с при­менением оптического, электронного, ионного и рентгеновского излучений; электрохимические, диффузионные и имплантационные процессы; сборка, монтаж, контроль, испытания и др.

Физико-химические процессы изготовления ЭС, общие для различных технологий производства ЭС, называют базо­выми (основными). Такими процессами можно считать получение пленок термовакуумным испарением, ионно-плазменное нанесение и травление пленок, диффузионные и литографические процессы, электрохимические процессы осаждения медных слоев на печатные платы (ПП) и т. п. Знание этих процессов определяет способы их осуществления, технико-экономическую эффективность технологии и рентабельность произ­водства в целом.

В технологии ЭС трудно выделить чисто физические или чисто химические процессы. Обычно на химические процессы накладываются физические (адсорбция, диффузия, тепло- и массоперенос и др.), а на физические процессы влияют химические (межмолекулярное вза­имодействие, хемосорбция, реактивная диффузия, реактивное ис­парение, химико-кинетические механизмы захвата частиц). Поэтому мы и изучаем физико-химические основы ТП. Данные процессы представляются в виде определенных закономерно­стей и уравнений, в которых решающую роль играют химический по­тенциал и такие параметры состояния, как температура, давление, состав, поверхностная энергия, а также электрические, магнитные, электромагнитные потенциалы.

В изучаемом курсе рас­сматриваются теория основных ТП производства РЭА, способы их осуществления и методы расчета.

Цель курса: получить общее представ­ление о ТП производства ЭС и физико-химических явлениях лежащих в их основе, что облегчит усвоение конструкторско-технологических специаль­ных дисциплин; научиться проводить исследование и анализ базовых ТП производства ЭС.

К современным ТП производства ЭС предъявляются высокие требования к точ­ности и стабильности их протекания. Элемен­ты изделий современных ЭС формируются с точностью от микронных и субмикронных размеров до нанометровых, причем используются супергрупповые методы обработки, когда в одном процессе или операции, на одной установке или позиции обрабатываются или формируются одновременно миллионы прибо­ров или их элементов. Применение большого числа (несколько сотен) сложных операций, на каждую из которых влия­ет ряд технологических факторов, обусловливающих результаты обработки полуфабрикатов, приводит к необходимости привлечения для анализа ТП вероятностных и статистических мето­дов. Однако при любом случае основой явля­ется физико-химическая сущность процесса, так как каждый эле­ментарный ТП в первом приближении можно с достаточной сте­пенью достоверности рассматривать как процесс, не осложненный возмущающим влиянием случайных факторов. Поэтому использо­вание теории физико-химических процессов оказывается эффектив­ным при анализе ТП, разрабатываемых или (и) реализуемых в промышленной практике производства ЭС.

Без учета физико-химического механизма ТП формирования рабочих структур РЭА невозможно правильно описать и оптимизировать процессы производства. Следует под­черкнуть, что затраты на исследования и совершенствование экспериментальной техники, как правило, быстро окупаются за счет роста эффективности усовершенствованных процессов произ­водства изделий.

Теория ТП производства ЭС должна кроме описания и анализа ТП еще учиты­вать всю совокупность стохастических факторов.

Методология исследования и анализа связей точностных харак­теристик физико-химических и механических процессов обработки с параметрами качества изделий впервые была разработана в 20-х годах С. А. Векшинским применительно к технологии производства электронных ламп. В 40-х и 50-х годах она получила развитие в трудах Н. А. Бородачева, Н. Г. Бруевича и А. Б. Яхина.

Научные основы технологии РЭА методологически базирова­лись, с одной стороны, на основах химической технологии, разви­тых в работах академиков Н. М. Жаворонкова, Г. Г. Девятых, В. В. Кафарова, а с другой — на кибернетических принципах, рас­смотренных в трудах академиков Ю. Н. Глушкова, В. М. Семенихина, В. А. Мельникова.

В настоящее время развитие физико-химических процессов в техноло­гии ЭС как научной дисциплины идет по пути определения и ис­следования явлений и процессов, протекающих на атомарном уров­не, когда влиянием даже самых незначительных флуктуации факторов и параметров уже нельзя пренебрегать. Сегодня для анализа ТП широко привлекаются методы: электронная микроскопия, Оже- и масс-спектроскопия, фото- и эллипсометрия, спектрометрия, радиометрия, СЗМ, гравиметрические методы и многие другие.