Поверхности кристаллов

Аналогичным образом применяется бесфлюсовая вибрационная пайка кристаллов ИМС с использованием в качестве припоя легкоплавких металлов и сплавов. В этом случае на тыльную поверхность кристалла наносят любым известным способом (вакуумное осаждение, электрохимическое покрытие и т. п.) слой металла, хорошо смачивающегося легкоплавким припоем (например, золото с подслоем никеля), либо слой легкоплавкого припоя (например, сплав олово — висмут, сплав ПОС-61). Вибрационная пайка предваряется иногда процессом лужения обратной металлизированной поверхности кристалла тем же самым легкоплавким припоем (иногда применяют нерекционноспособный флюс типа ФКСП). Введение вибраций в расплав олова способствует увеличению центров рекристаллизации, а следовательно, получению мелкозернистой структуры.

мальное число активных элементов ввиду их более, высокой стоимости. В электрических схемах полупроводниковых ИМС преимущественно используются активные элементы — транзисторы, диоды, поскольку трудоемкость их изготовления методами интегральной технологии не выше, чем резисторов и других пассивных элементов. При выборе элементов больше внимания приходится уделять площади, занимаемой ими на поверхности кристалла, так как резисторы часто оказываются громоздкими.

таллизация осуществляются обычными методами, принятыми в производстве полупроводниковых микросхем. На поверхности кристалла, непосредственно у выводов, формируются контактные площадки, к которым термокомпрессионной сваркой присоединяются тонкие золотые проводники внешних выводов ( 1.14, б).

Один из широко распространенных вариантов конструкции — бескорпусные транзисторы с шариковыми или столбиковыми выводами. При изготовлении транзисторов на контактных площадках, расположенных в четырех углах на поверхности кристалла, формируются выступы шаровидной или цилиндрической формы ( 1.14, в). Диаметр этих выступов порядка 150 мкм, допустимая разновысотность не больше =t 5 мкм. Присоединение таких бескорпусных приборов производится методом обращенного кристалла; кристалл опускается на поверхность подложки пленочной микросхемы так, чтобы каждый из контактных выступов располагался в середине соответствующей ему контактной площадки. Шариковые контакты сделаны из припоя, поэтому прогрев кристалла до расплавления припоя (около 210° С) позволяет получить механическое и электрическое соединение бескорпусного прибора со структурой пленочной микросхемы. Метод шариковых (столбиковых) контактов в принципе позволяет осуществить автоматизацию наиболее трудоемкой операции в процессе' изготовления гибридно-пленочных микросхем.

Емкость коллекторная область — подложка обычно играет роль паразитной емкости «нижней обкладки» конденсатора на подложку, поэтому она работает с максимально возможным смещающим напряжением. При низком смещающем напряжении на переходе, используемом в качестве основной емкости СЭБ или СБК> соотношение основной емкости к паразитной СэБ/Спар = = 3...5. Структуры диффузионных конденсаторов полупроводниковых микросхем образуются в процессе базовой или эмиттерной диффузии. Внешние соединения формируются одновременно на всей поверхности кристалла. Площадь нужного р — n-перехода выбирают, исходя из необходимой величины емкости.

Последней операцией, завершающей формирование структуры микросхемы, является создание электрических соединений и контактов через вытравленные для этой цели окна. Соединения и невыпрямляющие контакты образуются нанесением на подложку тонкой металлической (чаще всего алюминиевой) пленки. Из этой пленки методом фотолитографии формируются все соединения и контактные площадки на поверхности кристалла.

Логические ИМС, использующие МДП-струк-туры с кремниевыми затворами и каналами «-типа, строятся аналогичным образом. Они занима/ют меньшую площадь на поверхности кристалла, более экономичны по питанию (либо обеспечивают более высокое быстродействие). Эти ИС питаются от источников положительного напряжения и относятся к положительной логике.

Все перечисленные элементы микросхемы получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника. Изоляцию отдельных элементов осуществляют одним из двух способов: закрытым p-n-переходом или с помощью изоляционной пленки двуокиси кремния SiO2. На 2.7 показана последовательность получения изолированных областей я-кремния. Такой технологический процесс содержит ряд описанных ранее операций. Вначале на пластину исходного n-кремния методом фотолитографии наносят защитную маску и проводят избирательное травление исходного кристалла ( 2.7, а). Затем после смывания маски осуществляют окисление поверхности кристалла кремния, на котором образуется изоляционный слой ( 2.7, б).

Выпрямляющий контакт в точечных германиевых приборах получают, прижимая жесткую заостренную иглу из сплава вольфрама с молибденом к поверхности кристалла германия электронной про-

обусловленное проводимостью по поверхности кристалла полупроводника и несовершенством структуры перехода); LK — индуктивность корпуса диода (включая индуктивность выводов и контактной иглы); Си — емкость корпуса.

корпус 2. Поверхность фотодиода покрывают слоем светонепроницаемого лака 4. Только со стороны светочувствительной поверхности кристалла оставляют окно 5, не покрытое лаком.

Защита кристаллов ИМС после проволочного микромонтажа осуществляется после сборки бескорпусных ИМС: она заключается в нанесении органических материалов (подобных тем, которые применяют при креплении кристаллов на посадочное место). При этом необходимо иметь в виду, что на поверхности кристаллов ИМС на завершающих стадиях изготовления наносятся диэлектрические пленки SiO2, Si3N4, A12O3. Толщина покрытий составляет не более 2 мкм, их назначение сводится обычно к технологической защите приборов в процессе монтажа.

Рассмотрим физические процессы, протекающие в транзисторе, предположив, что они имеют место в бесконечно большом объеме кристалла. При этом предположении физическая картина процессов значительно упрощается, так как можно не учитывать явления на поверхности кристаллов (поверхностные эффекты). Предполагается также, что заряды распределены одномерно. При этом реальный транзистор, в котором процессы распределения зарядов протекают по трем осям X, Y, Z трехмерного пространства, заменяются одномерной моделью с координатой X. Все изменения физических процессов по осям У, Z, т. е. производные по этим координатам, принимаются равными нулю.

Варистор — это резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой, величина сопротивления которого зависит от приложенного напряжения. Варисторы выполняются на основе карбида кремния и их нелинейные свойства определяются физическими процессами, происходящими на контактах и на поверхности кристаллов. Выражение для вольт-амперной характеристики варисто-ра ( 10.4) может быть представлено в виде

В первом приближении можно считать, что нелинейность вольт-амперной характеристики варистора зависит от степени нагрева точечных контактов. В области этих контактов, имеющих малое сечение, проходят токи большой плотности, что приводит к их местному перегреву. С повышением температуры уменьшается сопротивление контакта и появляется нелинейность вольт-амперной характеристики ( 10.4). Типичной особенностью этой характеристики является ее симметричность. Дополнительная нелинейность характеристики имеет место из-за влияния эффекта лавинного пробоя областей объемного заряда на поверхности кристаллов.

Полная система производственного контроля полупроводниковых ИМС включает также контроль операций скрайбирования и ломки пластины на кристаллы, сборки и герметизации кристаллов. Это контроль кристаллов на функционирование, контроль внешнего вида и качества поверхности кристаллов, контроль дефектности корпуса и соединений, которые проводятся визуально на 100% ИМС (в цехе и ОТК), а также выборочный контроль прочности сварных соединений.

плавкое или жидкое стекло. Нелинейные свойства варисторов объясняются рядом сложных явлений, протекающих в местах контактных соединений зерен карбида и на поверхности кристаллов (активные области) под воздействием электрического поля и микронагрева.

В конструкциях первого вида в слое защитного оксида вытравлены отверстия ко всем внутренним контактам, с помощью которых осуществляется электрическое соединение элементов ячеек матриц при формировании функциональных элементов и соединение последних для реализации заказной БИС. Пластина с кристаллами полностью покрывается слоем металла. Требуемый рисунок межэлементных соединений формируется с помощью лишь одного заказного фотошаблона. Лишний металл удаляется с тех участков поверхности кристаллов, на которых не должно быть никаких соединений. Так как все области контактов вскрыты с помощью окон в оксиде, то нельзя проводить связи в областях свободных (неиспользуемых) контактов. В конструкции БМК необходимо предусматривать поля, свободные от контактов, для прокладки трасс электрических связей. Это ограничение не позволяет получить высокую плотность компоновки элементов на кристалле.

Для осуществления этого преимущественно используют метод разрезки пластин набором алмазных кругов с наружными режущими кромками. Он обеспечивает получение торцевых поверхностей кристаллов без сколов и наклонов, что трудно получить другими методами, например лазерной резкой или скрайбированием (нанесением риски алмазным резцом) с последующим разламыванием. Качественные торцевые поверхности кристаллов позволяют автоматизировать процессы последующей сборки кристаллов с корпусами микросхем.

Таким образом, при изготовлении полупроводниковых приборов необходимо, во-первых, выбирать метод обработки поверхности кристаллов полупроводника, при котором скорость поверхностной рекомбинации минимальная, и, во-вторых, находить способ длительного сохранения достигнутых значений скорости поверхностной рекомбинации. Последнюю задачу обычно решают посредством нанесения на поверхность кристалла специальных покрытий и герметизации прибора в корпус.

Усиление фототока может происходить и при наличии потенциальных барьеров, например, на поверхности кристаллов полупроводника, если фоторезистор изготовлен на основе поликристаллического полупроводникового материала. Потенциальные барьеры могут являться потенциальными ямами для неосновных носителей заряда. В этом случае будет происходить усиление фототока в фоторезисторе по аналогии с усилением фототока в фототранзисторе, что будет рассмотрено в § 9.9.

Нелинейность ВАХ варисторов ( 11.1) обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния. При малых напряжениях на варисторе может происходить туннелирование электронов сквозь тонкие потенциальные барьеры, существующие на поверхности кристаллов карбида кремния.