Способ определения пористости полимерного покрытия Советский патент 1993 года по МПК G01N15/08 

Ё

Использование: в микроэлектронике при контроле качества герметизации полупроводниковых изделий и интегральных схем полимерными покрытиями. Сущность изобретения: при определении пористости на подложку наносят сначала резистивный слой вакуумным напылением, затем наносят полимерное покрытие. Далее погружают образец в раствор, содержащий азотную и фтористоводородную кислоты в соотношении 1:2-5. выдерживают образец в растворе в течение 3-5 мин, при комнатной температуре и подсчитывают пористость покрытия по числу белых точек, образующихся в результат взаимодействия раствора с резистивным слоем. 2 табл.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в микроэлектронике при контроле качества герметизации полупроводниковых изделий и интегральных схем полимерными покрытиями.

Предлагаемый способ касается определения пор, сквозных до подложки.

Цель изобретения - экспрессность и точность определения количества и размеров пор.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения пористости полимерного покрытия путем погружения образца с испытываемым покрытием в раствор, содержащий компонент с окислительными свойствами, регистрации химических изменений в порах покрытия с последующим подсчетом размеров и числа пор, перед погружением образца с испытываемым покрытием в раствор, содержащий

азотную кислоту в качестве окислителя и фтористоводородную кислоту в соотношении 1.2-5, наносят непосредственно на пол- икоровую подложку сначала резистивный слой вакуумным напылением, а затем полимерное покрытие, выдерживают образец в растворе в течение 3-5 мин при комнатной температуре, а пористость по числу белых точек, образующихся в результате взаимодействия раствора с резистивным слоем,

Сущность способа определения пористости полимерного пленочного покрытия состоит Б следующем.

На поликоровую подложку, предварительно обезжиренную, наносят вакуумным напылением резистивный слой марки РС- 3710, затем напыляют полимерное, например поли-пара-ксилиленовое, покрытие. Далее образец с испытываемым покрытием погружают в раствор, содержащий в качестве окислителя концентрированную азотную

00

ю

-N

сл

00

кислоту и концентрированную фтористоводородную кислоту при соотношении компонентов НР:НМОз 1:2-5, выдерживают образец в растворе в течение 3-5 мин при комнатной температуре. В процессе обра- ботки исследуемого покрытия раствором происходят окислительные процессы в порах полимерного покрытия между компонентами раствора и компонентами резистивного слоя, в результате чего в по- pax образуются бесцветные химические соединения по следующему механизму:

2Сг + бНМОз - Сг20з + 6N02 + ЗН20

Сг20з + 6HF - ЗН20 + 2CrF3

Аналогично происходят реакции с N1 и SI. Образующиеся растворимые бесцветные соединения фтористых хрома (СгРз), никеля (NIF2). кремния (SiF-i) отчетливо визуализируют поры поли-параксилилено- вого покрытия: на черно-сером фоне рези- стивного слоя контрастно проявляются белые точки, свидетельствующие о наличии пор, сквозных до поликоровой подложки, количество и размер которых определяют с помощью микроскопа.

Заявляемый способ определения пористости полимерных покрытий позволяет, во-первых, более точно, чем в способе-прототипе, подсчитать количество и размеры

пор в поли-пара-ксилиленовом покрытии за

счет контрастной визуализации белых точек в местах пор на черно-сером фоне резистив- ного слоя. Во-вторых, более экспрессно, за счет быстрого приготовления раствора для обработки образца (простым объемным смешиванием компонентов), за счет времени, необходимого для достижения и поддержания нужной для проведения реакции температуры, а также за счет уменьшения времени воздействия раствора на образец.

Кроме того, заявляемый способ обеспечивает упрощение технологии определения пористости покрытий за счет использования легкодоступных реактивов и снижение трудоемкости проведения процесса,

Оптимальное соотношение компонентов HF и HN03 1-2-5 во взаимодействующем растворе, время выдержки образца в растворе (3-5) мин было определено экспериментальным путем.

Увеличение или уменьшение содержания плавиковой кислоты в растворе нецелесообразно, так как не приводит к изменению (увеличению или уменьшению) времени обработки образца. Образующие- ся в результате обработки образцы раствором в порах полимерного покрытия оксиды хрома, никеля, кремния хорошо растворяются в растворе, содержащем I об.ч. плави0

5 0 5

0

5 0

5

0

5

ковой кислоты, с образованием растворимых неокрашенных фторидов хрома, никеля, кремния.

При снижении содержания азотной кислоты менее 2 объемных частей резко снижается время химического взаимодействия раствора с резистивным слоем, что объясняется увеличением скорости химической реакции, приводящей к моментальному стравливанию резистивного слоя, что нежелательно при определении пористости полимерного покрытия, нанесенного на резистивный слой. Увеличение содержания азотной кислоты в растворе более 5 об.ч. нежелательно, так как стравливание резистивного слоя замедляется и увеличивается время определения пористости полимерного покрытия. Это подтверждается экспериментальными исследованиями, представленными в табл. 1.

Стравливание резистивного слоя с поликоровой подложки раствором НР;МНОз в соотношении 1:(2-5) происходит за 18-20 с, однако выдерживание образца с полимерным покрытием в растворе в течение 2 минут не приводит к образованию белых точек в порах покрытия. По истечении 3 мин на черно-сером фоне резистивного слоя появляются белые точки, что, по-видимому, объясняется тем, что необходимо время для проникновения молекул окислителя через поры полимерного покрытия к резистивно- му слою. Увеличение времени обработки образца в растворе более 5 мин приводят к увеличению диаметра белых точек, что не дает возможности определения истинных размеров диаметров пор.

Процесс обработки образца в растворе кислот ведут при комнатной температуре. Это, во-первых, значительно упрощает способ определения пористости полимерного покрытия по сравнению с известным, во- вторых, улучшает условия труда персонала и не загрязняет окружающей среды (при нагревании кислот выделялись бы окислы азота).

Предлагаемый способ определения пористости полимерных покрытий реализован следующим образом.

П р и м е р 1. Партия микросхем поступает по герметизации полимерным (поли- пара-ксилиленовым) покрытием вместе с эталоном. Эталон готовят путем напыления на поликоровую пластину (ЩЕ.0781000 ТУ) резистивного слоя РС-3710(сплавСг-39,5%, NI - 11%. SI - 49,5%) ГОСТ 22025-76 на установке УВН-71П-3 (установка вакуумная полуавтоматическая резистивного напыления пленок), толщиной (0,13-0.15) ± 0,05 мкм, измеренной на микроферометре МИИ4. Далее на микросхемы и эталон одновременно методом пиролизной полимеризации ди-пара-ксилилена (ТУ 6-02-27-33-86) на установке УППК-2М 18310.245 ПС получают поли-пара-ксилиленовое покрытие толщи- ной 110 мкм. Полученный образец помещают в раствор, приготовленный смешением объемных частей НРиНМзв соотношении 1:2 соответственно и выдерживают в растворе при комнатной температуре в течение 5 мин. В результате химического взаимодействия раствора с компонентами рези- стивного слоя по приведенной выше схеме на черно-сером фоне резистивного слоя отчетливо видны белые точки. Это обозна- чились сквозные поры в поли-пара-ксилиле- новом покрытии. Образец вынимают из взаимодействующего раствора, промывают проточной водой, высушивают фильтровальной бумагой и помещают под микро- скоп ИМЦ 150x50, Б (ГОСТ 8074-82) и подсчитывают количество и размеры пор.

Примеры 2-3 реализации способа, пористость и размеры пор приведены в табл. 2...

Использование предлагаемого способа по сравнению с использованием известных способов определения пористости покрытий обеспечивает следующие преимущест- ва:

-повышенную точность определения, достигаемую за счет хорошей визуализации сквозных пор с малыми (в десять раз меньшего диаметра, чем в прототипе) размера- ми: на черно-сером фоне реэистивного слоя контрастно видны белые точки в порах полимерного покрытия;

-экспрессность определения пористости за счет уменьшения времени воздейст- вия раствора на образец, а также за счет

Объемное соотношение компонентов раствора HFiHNOa, объемн. част.

.

1:2 1:3 1:5 1:7

экономии времени на нагрев, поддержание температуры раствора и на приготовление точных концентраций компонентов раствора;

- упрощение технологии определения пористости покрытий за счет использования легкодоступных реактивов и снижение трудоемкости процесса, что в свою очередь достигается приготовлением раствора простым объемным смешиванием компонентов и уменьшением времени проведения процесса.

Предлагаемый способ можно использовать для определения пористости любых не- металлических материалов с разными толщинами, например, полимерных пленок или лакокрасочных покрытий.

Формула изобретения

Способ определения пористости полимерного покрытия путем погружения образца с испытываемым покрытием в раствор, содержащий компонент с окислительными свойствами, регистрации химических изменений в порах покрытия с последующим подсчетом размеров и числа пор. отличающийся тем что, с целью экспрессности и точности определения количества и размеров пор, перед погружением образца с испытываемым покрытием в раствор, содержащий азотную кислоту в качестве окислителя и фтористоводородную кислоту в соотношении 1:(2-5), наносят непосредственно на подложку сначала рези- стивный слой вакуумным напылением, а затем полимерное покрытие, выдерживают образец в растворе в течение 3-5 мин при комнатной температуре, а пористость подсчитывают по числу белых точек, образующихся в результате взаимодействия раствора с резистивным слоем.

Таблица 1

Время стравливания резистивного слоя с поликоровой подложки, сек. (полимер- ное покрытие не наносилось)

4

20

18

18

60

Таблица 2