Разработка магнитодиода (стр. 7 из 8)
Далее проводится четвертая операция фотолитографии по сплаву алюминия для формирования контактных площадок. В окнах, вскрытых в защитном окисле, сплав образует электрический контакт с арсенидом галлия после кратковременного отжига (10 мин) при температуре (550±1) °C в атмосфере азота. Затем проводится контроль функционирования магнитодиодов с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов типа Л2-56.
После контроля функционирования проводится низкотемпературное осаждение окиси арсенида галлия толщиной (0.37-0.52) мкм для защитного покрытия магнитодиода (пассивация) при температуре (420-450) °C.
Затем проводится еще одна (пятая) фотолитография по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам.
При изготовлении магнитодиодов применяются многослойные контактные площадки. В качестве контактного и адгезионного слоев используется пленка хрома с удельным сопротивлением rS= 180-220 Ом/ÿ, а в качестве проводящего слоя - пленка меди толщиной (1-1.5) мкм.
После напыления пленок хрома и меди проводится шестая фотолитография для нанесения гальванического покрытия сплава олово-висмут толщиной 8-12 мкм на контактные площадки для защиты пленки от окисления и для улучшения присоединения внешних выводов к контактным площадкам. Затем проводится гальваническое наращивание слоев олово-висмут и после удаления пленки фоторезиста - травление с оставшейся поверхности пластины напыленных пленок меди и хрома. Зона с повышенной скоростью рекомбинации формируется грубой шлифовкой грани, противоположной грани с контактами. Этим методом обеспечивается скорость рекомбинации выше 2·103 см/с. На "планарной" грани скорость поверхностной рекомбинации существенно ниже.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
ж)
з)
и)
к)
л)
м)
н)
Рис. 6.1. Схема технологического процесса изготовления магнитодиода: а) нанесение пиролитического окисла; б) фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование бором; в) ионное легирование бором; г) фотолитография для получения маски из фоторезиста под ионное легирование фосфором; д) ионное легирование фосфором; е) формирование контактных окон в защитной пленке окисла перед напылением алюминия; ж) напыление пленки алюминия; з) фотолитография по алюминию для формирования контактных площадок; и) нанесение защитной пленки пиролитического окисла; к) фотолитография для вскрытия контактных площадок; л) напыление адгезионного подслоя хрома и проводящего слоя меди; м) фотолитография для нанесения гальванического покрытия сплава олово-висмут; н) нанесение сплава олово - висмут и травление пленок меди и хрома.
Маршрут изготовления магнитодиодов.
1. Химическая обработка арсенид галлиевых пластин, двухстадийная в перекисно-аммиачном растворе и смеси Каро. Смесь Каро - H2О2: Н2SO4= 1: 3.
2. Отмывка в деионизованной воде в течение 4-6 минут.
3. Низкотемпературное осаждение пиролитического окисла толщиной (0.4±0.1) мкм. Продвигать лодочку с пластинами через три зоны с разными температурами: 250 °C, 350 °C и 450 °C, по три минуты в каждой. Затем выдержать в зоне при 500 °C в течение (5±1) мин в парах окислителя от 60 до 150 мин.
5. Травление окисла. Состав травителя: H2O - 206 мл, аммоний фтористый (NH4F) - 401 г, кислота фтористоводородная (HF) - 60 мл, кислота уксусная (CH3COOH) - 166 мл, глицерин (C3H8O3) - 166 мл. Остатки окисла на пластине не допускаются.
6. Фотолитография для получения маски из фоторезиста под легирование бором. Фоторезист ФП-РН-7 или ФП-383.
7. Ионное легирование бором для формирования областей p+. Доза облучения - 330 мкКл/см2, энергия - (80¸100) кэВ, поверхностное сопротивление rS = 800 Ом / ÿ.
8. Удаление маски фоторезиста плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода (О2).
9. Химическая обработка пластин в перекисно-аммиачном растворе.
10. Фотолитография для получения маски из фоторезиста под легирование фосфором. Фоторезист ФП-РН-7 или ФП-383.
11. Ионное легирование фосфором для формирования областей n+. В качестве источника примесей используется фосфор треххлористый (PCl3). Доза облучения - 330 мкКл/см2, энергия (80¸100) кэВ, поверхностное сопротивление rS = 130 Ом/ÿ.
12. Удаление маски фоторезиста плазмохимическим травлением в атмосфере кислорода (О2).
13. Химическая обработка пластин в смеси Каро.
14. Низкотемпературное осаждение окисла толщиной (0.4±0.1) мкм.
15. Фотолитография для формирования окон под контакт с металлизацией.
16. Химическая обработка пластин перед напылением.
17. Напыление пленки сплава Al толщиной (0.8-1.5) мкм, температура подложки 200 °C.
18. Фотолитография по сплаву алюминий-галлий для формирования контактных площадок. Травления не более 1.5 мкм, уход размеров не более 2 мкм.
19. Химическая обработка пластин перед вжиганием Al.
20. Термообработка для формирования надежных контактов между контактными площадками и легированными слоями (вжигание Аl) при температуре (500±1) °C в течение 10 мин в атмосфере азота.
21. Контроль функционирования с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов Л2-56. Не удовлетворяющие требованиям пластины бракуются.
22. Химическая обработка пластин.
23. Низкотемпературное осаждение окисла толщиной (0.37¸0.52) мкм для защитного покрытия элементов (пассивация) при температуре (420¸450) °C.
24. Фотолитография для вскрытия контактных площадок.
25. Травление (вскрытие контактных площадок в пиролитическом окисле). Состав травителя: Н2O - 412 г, NH4F - 174 г, HF - 58 г, CH3COOH - 160 г, глицерин - 160 г.
26. Химическая обработка пластины в перекисно-аммиачном растворе.
27. Напыление слоев хром-медь. Пленка хрома пылится с удельным сопротивлением r= (180¸220) Ом/ÿ, а пленка меди толщиной (1¸1.5) мкм.
28. Фотолитография для нанесения гальванического покрытия на контактные площадки. Фоторезист ФП-383. Активация химическая поверхности меди для удаления пленки окиси меди в растворе HCl: H2O= 1:1.
29. Гальваническое осаждение пленки олово-висмут толщиной 8-12 мкм.
30. Плазмохимическое удаление фоторезиста в атмосфере кислорода.
31. Травление пленки напыленной меди в травителе: H2SO4 - 50 мл, окись хрома (CrO3) - 450 г, H2O - до 1000 мл.
32. Травление пленки хрома в травителе: KOH - 28 мл, калий железосинеродистый [K3Fe (CH) 6] - 250 г, H2O - до 1000 мл.
33. Нанесение лака на планарную сторону пластины в качестве защитного покрытия перед шлифовкой обратной стороны для получения шероховатой поверхности.
34. Шлифовка обратной стороны пластины порошком шлифовальным "Электрокорунд белый" М14 с последующей отмывкой в спирто - бензиновой смеси (1:1) и в чистом этиловом спирте.
35. Лужение контактных площадок в припое ПОС-61 методом окунания в установке лужения при температуре (230±10) °C в течение (1-2) с. с предварительным флюсованием в специальном флюсе.
36. Скрайбирование пластин для разделения их на кристаллы. Затем производится разделение (ломка) пластины на кристаллы.
Сборка чувствительного элемента.
Сборка включает подсоединение - монтаж структур к основаниям корпусов, выводным рамкам или дополнительным подложкам, монтаж навесных кристаллов, компонентов к платам, подсоединение электродных выводов к контактным площадкам и внешним выводам.
В процессе хранения и эксплуатации датчик подвергают воздействию внешних факторов: климатических, механических и радиационных. Поэтому требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течение длительного времени. Рекомендуется применять корпусную защиту чувствительного элемента.
Для крепления кристаллов на основание корпуса более дешевым методом является клейка кристаллов на основание корпуса (например клеем ВК-9).
Для присоединения выводов к контактным площадкам и внешним выводам корпуса прибора используется метод УЗ сварки на установке "Контакт-4А". Метод состоит в присоединении выводов в виде тонких металлических проволочек (диаметр 10…30мкм) к контактным площадкам при одновременном воздействии инструмента, совершающего высокочастотные колебания. Для изготовления проволоки применяются пластические металлы, обычно алюминий и золото. В качестве материала проволоки выбираем более прочное золото ГОСТ 7222-75. Достоинства такой сварки - соединение без применения флюса и припоев металлов в твёрдом состоянии при сравнительно низких температурах и малой их деформации 10…30% как на воздухе, так и в атмосфере защитного газа. [3]