СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА Российский патент 2020 года по МПК H01L21/58 H01L23/00 

Предлагаемое изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора, заключающийся в изготовлении рабочих структур на кремниевой подложке, покрытии золотом обратной стороны подложки, противоположной стороне с рабочими структурами, термообработки золотого покрытия, разделении кремниевой подложки на кристаллы с рабочими структурами, эвтектической пайке кристаллов в корпуса с посадочным местом под кристалл, покрытым золотом (См., например, патент США 3785892 класса Н018 1/50). При термообработке эвтектический сплав золото-кремний образуется по всей толщине золотого покрытия. Эвтектический слой при температуре 420-450° служит припоем при напайке кристаллов в корпус.

При формировании электрического контакта обратной стороны структуры обычно проводят шлифовку обратной стороны до шероховатости высотой 0.1÷0.2 мкм, однако в этом случае на шлифованной стороне кремния идет интенсивное образование эвтектического припоя в течение процесса напыления золота за счет температуры конденсации золота и на поверхности кремния образуется эвтектика золото-кремний на всю толщину напыленного золота, эвтектика на воздухе окисляется, напайка кристалла в корпусе полупроводникового прибора из-за наличия окисла затруднена. Поэтому золото напыляется на полированную поверхность кремния. Однако при использовании полированной поверхности все равно локально в местах, где толщина золотого покрытия меньше, эвтектика золото-кремний выходит на поверхность и окисляется, что затрудняет посадку кристаллов.

Указанные недостатки частично устранены в способе изготовления полупроводникового прибора, заключающемся в изготовлении рабочих структур на кремниевой подожке, покрытии золотом обратной стороны подложки, противоположной стороне с рабочими структурами, термообработки золотого покрытия, разделении кремниевой подложки на кристаллы с рабочими структурами, эвтектической пайке кристаллов в корпуса с посадочным местом под кристалл покрытым золотом. Покрытие из золота на полированной стороне состоит из двух слоев: первый, ближайший к подложке слой, наносится при температуре 320±20°С и состоит из эвтектики золото-кремний, а второй слой - при температуре 128±25°С и состоит из золота (см. патент Беларуси №18281 кл. Н011 21/58). Термообработку подложек пластин с покрытием проводят таким образом, чтобы кремний из подложки не проник на внешнюю поверхность второго слоя золота. Второй слой из золота защищает первый слой от окисления.

В промышленности в последнее время используют для покрытия посадочного места под кристалл вместо золото - серебро и пайку производят тройной эвтектикой золото - кремний - серебро, (см. например выводную рамку корпуса SOT-89 шифр AMF7.323.A.3Z048, статьи «Effects of silver dessolved in eutectic gold-silicon solder on silicon devices», Hiroshi Kato, J.Electrochem Soc.Solid-state scince and technology, july 1987, p. 1750, thermodynamic description of Au-Ag-Si ternary system», Wang Jiang, Trans.Nonferrous Met.Soc, China 2007, «Enthalpies of formation of the Ag-Au-Si, Ag-Au-Ge, Ag-Au-Sn Ternary Liquid Alloys; Experimental determinations andapplication of the Hoch-Arpshofen model», S.Hassam, Metallurgical transactions a, volume 19a, august 1988).

Однако при использовании посадки эвтектической пайки сплавом золото-кремний изделий, посадочное место под кристалл которых покрытых серебром - затруднительно, т.к. для осуществления пайки должен образоваться тройной сплав и пайка должна проходить при температуре порядка 400-450°С, а внешний слой золота, находящегося на поверхности обратной стороны кристалла паяется с серебром при температурах более 900°С. Поэтому пайка тройным сплавом происходит после проникновения кремния во второй слой золота и в слой серебра, что занимает время несколько секунд при воздействии ультразвука на кристалл в момент пайки, что уменьшает производительность труда при сборке, особенно на многорядных выводных рамках, где находится одновременно от 200-500 штук посадочных мест под кристалл.

Кроме того, качество пайки может ухудшиться из-за недостаточного количества кремния в тройном припое.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является расширение области использования при покрытии посадочного места серебром, повышение производительности труда при сборке и повышение качества пайки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления полупроводникового прибора, заключающегося в изготовлении рабочих структур на кремниевой подожке, покрытии золотом обратной стороны подложки, противоположной стороне с рабочими структурами, термообработки золотого покрытия, разделении кремниевой подложки на кристаллы с рабочими структурами, эвтектической пайке кристаллов в корпуса с посадочным местом под кристалл, покрытым серебром, отличающиеся тем, что после термообработки золотого покрытия проводят обработку обратной стороны кремниевой подложки плазмой гексафторида серы в режимах 4-8 мин и подводимой мощностью 0,7-1,3 кВт.

При обработке обратной стороны кремниевой подложки плазмой гексафторида серы исключается влияние режимов термообработки золотого покрытия и их можно проводить до образования эвтектического сплава по всей поверхности обратной стороны подложки. Так как окислению подвергается твердый раствор золота в кремнии, то обработка плазмой удаляет окисел кремния и частично не растворившийся кремний. Удаление окисла кремния и частично не растворившийся кремний повышает скорость образования припоя и качество пайки тройным сплавом.

При минимальном времени травления и минимальной подводимой энергии ухудшается качество пайки.

При максимальном времени травления и максимальной подводимой энергии также ухудшается качество пайки, из-за удаления эвтектического сплава золото-кремний.

На кремниевую подложку, легированную сурьмой до удельного сопротивления 0.01 Ом*см, был нанесен эпитаксиальный слой толщиной 20 мкм с удельным сопротивлением 10 Ом*см. В эпитаксиальном слое были созданы рабочие структуры транзистора. Затем эпитаксиальную структуру со стороны, противоположной рабочей, методом шлифовки и полировки утонили до толщины 250 мкм.

Полированную обратную сторону подложки подвергли травлению путем распыления ионами аргона в вакууме и затем методом термического нанесли напылением слой золота, при температуре 340°С 1 мкм.

Термообработка золотого покрытия проводилась в атмосфере азота при температуре 400°С и длительности 10-20 мин.

Травление золотого покрытия плазмой гексафторидом серы проводили в установке 08ПХО100-005. Режимы травления: давление 10 Па, расход реагента 20 л/час, подводимая мощность 0,7-1,3 кВт, время 4-8 мин.

После проверки электропараметров транзисторов, структуры разделили на кристаллы. При монтаже кристалла на покрытое слоем серебра основание корпуса полупроводникового прибора при температуре 420°С и выдержке 100 мсек слои покрытий кристалла и основания превращались в слой эвтектического припоя золото-серебро-кремний. Полученный кристалл с помощью слоя эвтектического припоя присоединяется к основанию корпуса транзистора. Замерялось усилие разрушения паяного соединения кристалла размером 0.7×0.7 мм, осматривался характер разрушения паяного соединения, результаты влияния режимов травления на усилие отрыва приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, оптимальным режимом травления является интервал времени травления 4-8 мин и подводимая мощность 0,7-1,3 кВт.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники. Техническим результатом изобретения является расширение области использования при покрытии посадочного места серебром, повышение производительности труда при сборке и повышение качества пайки. Способ изготовления полупроводникового прибора заключается изготовлении рабочих структур на кремниевой подложке, покрытии золотом обратной стороны подложки, противоположной стороне с рабочими структурами, термообработки золотого покрытия, разделении кремниевой подложки на кристаллы с рабочими структурами, эвтектической пайке кристаллов в корпуса с посадочным местом под кристалл, покрытым серебром, согласно изобретению после термообработки золотого покрытия проводят обработку обратной стороны кремниевой подложки плазмой гексафторида серы в режимах 4-8 мин и подводимой мощностью 0,7-1,3 кВт. 1 табл.

Способ изготовления полупроводникового прибора, заключающийся в изготовлении рабочих структур на кремниевой подложке, покрытии золотом обратной стороны подложки, противоположной стороне с рабочими структурами, термообработке золотого покрытия, разделении кремниевой подложки на кристаллы с рабочими структурами, эвтектической пайке кристаллов в корпуса с посадочными местами под кристаллы, покрытыми серебром, отличающийся тем, что после термообработки золотого покрытия проводят обработку обратной стороны кремниевой подложки плазмой гексафторида серы в режимах 4-8 мин и подводимой мощностью 0,7-1,3 кВт.