устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин

Классы МПК:H01L21/3063 электролитическое травление
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Сатурн" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-10-09
публикация патента:

Изобретение относится к электротехническому оборудованию и может быть использовано для нанесения покрытий электрохимическим способом. Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве, заключается в повышении качества гальванической обработки полупроводниковых пластин и упрощении конструкции устройства. Сущность изобретения: в устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин, содержащее гальваническую ванну с анодом, в которой расположен подложкодержатель с набором электродных токоподводящих контактов и опорными столбиками, к которым прижата полупроводниковая пластина, дополнительно введена горизонтально расположенная опорная рама с угловым выступом и три игольчатых упора с конструктивными метками в виде колец, при этом подложкодержатель выполнен с направляющей угловой выточкой и установлен на выступ опорной рамы, а кроме того, в устройство введен блок управления источником тока и системой принудительного перемешивания электролита, состоящей из магнитной мешалки с экранирующей пластиной. 5 ил. устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249

устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249

Формула изобретения

Устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин, содержащее гальваническую ванну с анодом, в которой расположен подложкодержатель с набором электродных токоподводящих контактов и опорными столбиками, к которым прижата полупроводниковая пластина, причем электродные токоподводящие контакты расположены по периметру полупроводниковой пластины, и, кроме того, устройство содержит систему перемешивания электролита и источник электрического тока, отличающееся тем, что в его конструкцию дополнительно введена горизонтально расположенная опорная рама с угловым выступом и три игольчатых упора с конструктивными метками в виде колец, при этом подложкодержатель выполнен с направляющей угловой выточкой и установлен на угловой выступ опорной рамы, а кроме того, в устройство введен блок управления источником тока и системой перемешивания электролита, состоящей из магнитной мешалки с экранирующей пластиной.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к электротехническому оборудованию, в частности к оборудованию для обработки полупроводниковых пластин, и может быть использовано для нанесения покрытий электролитическим способом.

Известно устройство для электрохимической обработки полупроводниковых шайб (патент США 6156167 от 05.12.2000 г.), в котором кремниевую пластину устанавливают в приемную кассету горизонтально, обрабатываемой стороной вниз. Прижимают внешние токоведущие контакты к периферийным областям пластины, изолируемым от электролита посредством диэлектрической накладки. В процессе осаждения пластину вращают для удаления выделяющихся пузырьков газа и перемешивания электролита.

Недостатком данного устройства является низкое качество осаждаемых серебряных контактов фотопреобразователей, обусловленное формированием дендритов - хаотичных наростов металла в виде бахромы по периметру контактов, за счет турбулентных потоков, возникающих на границах окон фоторезистивной маски.

Признаки вышеуказанного аналога, общие с предлагаемым устройством, следующие: гальваническая ванна с анодом, источник электрического тока, система принудительного перемешивания электролита, горизонтальное расположение обрабатываемой пластины, токопроводящие контакты, расположенные по периметру осаждаемой стороны пластины.

Известен метод и устройство для электрохимической обработки поверхности пластины (патент США 6645356 от 11.11.2003 г.), в котором электрический контакт к периферийным областям создают посредством множества дискретных пружин, острия которых процарапывают поверхность пластины при ее прижатии. Контакты изолируются от электролита диэлектрическим барьером и герметизирующим газом. Поток электролита направляется посредством нагнетающего насоса.

Недостатком устройства по вышеуказанному способу является возникновение механических нагрузок на пластине, которые ведут к ее повреждению, что обусловлено неравномерным прижатием и процарапыванием тонкой хрупкой пластины арсенида галлия на германии (GaAs/Ge) остриями токоведущих контактов.

Признаки вышеуказанного аналога, общие с предлагаемым устройством, следующие: гальваническая ванна с анодом, источник электрического тока, система принудительного перемешивания электролита, горизонтальное расположение обрабатываемой пластины, токоподводящие контакты по периметру осаждаемой стороны пластины.

Известно контактное устройство для токоподвода к пластине в процессе электрохимической обработки (патент США 6805778 от 19.10.2004 г.), в котором обрабатываемую пластину прижимают по периметру к опорным столбикам подложкодержателя электродными контактами и располагают в гальванической ванне с анодом горизонтально, осаждаемой стороной вниз. Каждый электродный контакт выполнен в форме дуги, покрыт изоляционной пленкой с изолирующим колоколом вокруг прижимного участка. Электрод прижимают к электропроводному затравочному слою в окне фоторезистивной маски на пластине, а изолирующий колокол - к слою фоторезиста, что позволяет избежать коррозии открытого участка затравочного слоя металла. Система принудительного перемешивания электролита состоит в том, что пластина в процессе осаждения вращается вокруг своей оси, кроме того, поток жидкости нагнетается снизу вверх через дырчатый экран к осаждаемой стороне, переливаясь в последующем через край ванны. Обратная сторона пластины при этом не смачивается. В результате интенсивного перемешивания подавляется газовыделение.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, за счет реализации одновременного вращения пластины с токоподводящими контактами и нагнетанием потока электролита снизу вверх к осаждаемой стороне. Завихрения электролита, возникающие по периметру окон фоторезистивной маски, приводят к нарастанию бахромы из дендритов. Плохое качество осадка недопустимо в технологии фотопреобразователей, так как искажается геометрия контактов, увеличивается затененность пластины. В отсутствие принудительного перемешивания дендриты не образуются, но, как только пограничный с подложкой слой электролита обедняется ионами металла, начинается газовыделение. Пузырьки газа, накапливаясь под горизонтально расположенной пластиной, препятствуют осаждению металла. Кроме того, устройство - прототип и не предусматривает осаждения металла в условиях спокойного, без перемешивания, положения электролита, так как при выключении нагнетающего насоса уровень жидкости будет понижаться.

Признаки прототипа, общие с предлагаемым устройством, следующие: гальваническая ванна с анодом, в которой расположен подложкодержатель с набором электродных токоподводящих контактов; подложкодержатель снабжен опорными столбиками, к которым прижата полупроводниковая пластина; электродные токоподводящие контакты расположены по периметру полупроводниковой пластины; система принудительного перемешивания электролита; источник электрического тока.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин, заключается в повышении качества гальванической обработки и упрощении конструкции устройства.

Достигается это тем, что в устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин, содержащее гальваническую ванну с анодом, в которой расположен подложкодержатель с набором электродных токоподводящих контактов и опорными столбиками, к которым прижата полупроводниковая пластина, причем электродные токоподводящие контакты расположены по периметру полупроводниковой пластины, а кроме того, содержащее систему принудительного перемешивания и источник электрического тока, дополнительно введена опорная рама с угловым выступом и три игольчатых упора с конструктивными метками в виде колец, обеспечивающих горизонтальное положение опорной рамы, при этом подложкодержатель выполнен с направляющей угловой выточкой. Кроме того, в устройство введен блок управления источником тока и системой перемешивания электролита, состоящей из магнитной мешалки с экранирующей пластиной, подавляющей воронкообразование.

Отличительные признаки предлагаемого устройства для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин, обеспечивающие соответствие его критерию «новизна», следующие:

- опорная рама с угловым выступом;

- три игольчатых упора с конструктивными метками в виде колец;

- выполнение подложкодержателя с направляющей угловой выточкой и установленного на выступ опорной рамы;

- блок управления источником электрического тока и системой перемешивания электролита, состоящей из магнитной мешалки с экранирующей пластиной.

Для обоснования соответствия предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого устройства, дающих вышеуказанных технический результат. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемое устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемое устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин состоит (фиг.1, 2) из гальванической ванны 1 с анодом 2, подложкодержателя 3 с опорными столбиками 4 и набором токоподводящих прижимных контактов 5, расположенных по периметру полупроводниковой пластины 6, причем подложкодержатель 3 снабжен направляющей угловой выточкой 7. Подложкодержатель 3 с полупроводниковой пластиной 6 установлен на опорную раму 8, имеющую угловой выступ 9, кроме того, опорная рама 8 уложена на три игольчатых упора 10, снабженных конструктивными метками в виде колец 11 и имеющих вершины 12. Для установки опорной рамы 8 параллельно поверхности электролита 13, заполняющего гальваническую ванну 1, игольчатые упоры 10 снабжены винтовыми соединениями 14. Подложкодержатель 3 устанавливается своей угловой выточкой 7 на выступ 9 опорной рамы 8.

Устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин снабжено также системой принудительного перемешивания электролита, которая состоит из магнитной мешалки 15 с перемешивающим стержнем 16, расположенным на дне гальванической ванны 1, над которым устанавливается на опорных ножках 17 экранирующая пластина 18, подавляющая воронкообразование электролита.

На фиг.2 изображен фрагмент взаимного расположения подложкодержателя 3 с полупроводниковой пластиной 6 в контакте с электролитом 13.

Гальваническая обработка полупроводниковой пластины 6 выполняется с помощью источника электрического тока, состоящего из потенциостата П-50-1 и программатора ПР-8 (фиг.3).

Блок управления источником тока и системой перемешивания электролита выполнен на элементной базе реле времени ВЛ-64 и состоит из трех смещенных по времени начального запуска каналов с электрическими ключами К1, К2, К3 (фиг.4).

Временные последовательности замыкания-размыкания электрических ключей K1, K2 и К3 с соответствующими периодами перемешивания электролита - t1, релаксации электролита - t2 и импульсного осаждения - t3 изображены на фиг.5.

Пример конкретного выполнения предлагаемого устройства для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин.

Для обеспечения одностороннего смачивания полупроводниковую пластину 6, закрепленную на подложкодержателе 3, укладывают на поверхность электролита 13 постепенно, начиная от крайней точки N осаждаемой стороны пластины 6. По мере уменьшения угла наклона площадь соприкосновения увеличивается, за счет сил поверхностного натяжения воздух выдавливается раствором за пределы полупроводниковой пластины 6. Обратная сторона полупроводниковой пластины 6 при этом находится вне электролита 13, что исключает агрессивное воздействие на нее в последующем процессе электрохимического осаждения.

Подложкодержатель 3 с полупроводниковой пластиной 6 движется по жестко установленной траектории. Первоначально подложкодержатель 3 устанавливают на опорную раму 8 под углом устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30° к поверхности электролита 13, при этом угловой выступ 9 опорной рамы 8 входит в угловую выточку 7 подложкодержателя 3 и нижний край N осаждаемой стороны полупроводниковой пластины 6 касается электролита 13.

Опорная рама 8 уложена на три игольчатых упора 10, геометрически расположенных в вершинах равностороннего треугольника.

Игольчатые упоры 10 снабжены конструктивными метками в виде колец 11. Установку плоскости опорной рамы 8 параллельно поверхности электролита 13 осуществляют посредством поднятия игольчатых упоров 10 с помощью винтового соединения 14.

Равноудаленное положение опорных точек 12 (вершин игольчатых упоров) от поверхности электролита 13 фиксируют по моменту скатывания раствора с поверхности колец 11. Высота выступающих над электролитом 13 участков игольчатых упоров 10 соответствует высоте опорных столбиков 4 на подложкодержателе 3, толщине полупроводниковой пластины 6 и величине поднятия h(0,3÷1,2 мм) плоскости осаждаемой стороны над поверхностью электролита (фиг.2). При укладывании подложкодержателя 3 его траектория жестко определяется скольжением опорных точек G и F углового выступа опорной рамы 8 по поверхности угловой выточки 7 подложкодержателя 3. Прижатие к опорной раме 8 исключает боковой наклон подложкодержателя 3.

Угловая выточка 7 подложкодержателя 3 необходима для начального соприкосновения крайней точки N плоскости осаждения полупроводниковой пластины 6 с поверхностью электролита 13 и захвата раствора силами поверхностного натяжения, формирования мениска. При уменьшении угла наклона устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 подложкодержателя 3 происходит одновременно его вращательное движение и сдвиг в вертикальном (вверх) и горизонтальном направлениях.

В результате крайняя точка N осаждаемой стороны полупроводниковой пластины 6, удерживая раствор, удаляется от поверхности электролита 13 на заданное расстояние, что исключает смачивание тыльной стороны обрабатываемой полупроводниковой пластины 6.

В отсутствие угловой выточки 7 подложкодержатель 3 совершает вращательное движение вниз, при этом плоскость осаждаемой стороны полупроводниковой пластины 6 располагается ниже плоскости электролита 13, и раствором смачивается тыльная сторона.

Величины проекций /АВ/ и /ВС/ на вертикаль (фиг.2), зависящие от изменения угла наклона подложкодержателя 3, определяются выражениями:

/AB/=[d1 /sinустройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 -d2·sinx·(ctgустройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 +ctgx)]·cosx

устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249

где:

устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 - угол выточки 7 в подложкодержателе 3 (устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 =90° - устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.)

устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач. - начальный угол установки подложкодержателя 3;

d1 - толщина слоя в подложкодержателе 3, в котором сформирована угловая выточка 7;

d 2 - толщина опорной рамы 8;

d3 - высота опорных столбиков 4 подложкодержателя 3;

l - величина отступа края полупроводниковой пластины 6 от края подложкодержателя 3;

х - изменение угла наклона подложкодержателя 3.

Данные расчета геометрического расстояния h от крайней нижней точки N полупроводниковой пластины 6 до плоскости электролита 13 представлены в таблице.

Таблица.

Высота подъема края осаждаемой стороны h над уровнем электролита в зависимости от угла наклона полупроводниковой пластины устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 °

h, мм
40 353025 201510 50
Параметры             
конструкции            
(d1=12 мм;             
d 2=11 мм;   00,4 0,711,2 1,41,5
d 3=3 мм)            
1) l=0 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°             
2)l=0,5 мм             
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°   0 0,40,70,9 1,11,21,2
3) l=1 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°   0 0,30,60,8 0,910,9
4) l=2 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°   0 0,20,40,5 0,60,60,5
5) l=3 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°   0 0,20,30,3 0,30,1-0,1
6) l=4 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30°   0 0,10,10,1 -0,1-0,3-0,6
7) l=2 мм             
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=35°  00,4 0,70,91 1,11,11
8) l=2 мм            
устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=40° 00,50,9 1,21,51,7 1,81,81,7

При угле начальной установки подложкодержателя 3 равном устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30° величина поднятия h осаждаемой плоскости полупроводниковой пластины 6 над уровнем электролита 13 зависит от ее размещения на подложкодержателе 3 (параметра l). Раствор электролита 13 удерживается силами поверхностного натяжения в диапазоне h=0÷1,5 мм, в тоже время для предотвращения затягивания воздуха под полупроводниковую пластину 6 или накатывания электролита 13 на тыльную сторону при перемешивании целесообразно использовать h=0,3÷1,2 мм.

При l=3 мм (см. п.5 таблицы) осаждаемая сторона полупроводниковой пластины находится ниже уровня электролита 13 и возможно смачивание тыла.

Увеличение устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач. угла начальной установки подложкодержателя 3 свыше 40° при l=(0÷2 мм) нецелесообразно, так как это приводит к значительному росту h (свыше 1,7 мм) и затягиванию воздуха под полупроводниковую пластину 6 при перемешивании.

Система принудительного перемешивания предлагаемого устройства состоит из магнитной мешалки 15 (ММ-5) с перемешивающим стержнем 16 на дне гальванической ванны 1, над которым устанавливается экранирующая пластина 18, препятствующая образованию воронки. Принудительное перемешивание необходимо для обогащения ионами металла приповерхностного с полупроводниковой пластиной 6 слоя электролита 13. В течение последующей паузы происходит релаксация электролита 13, раствор успокаивается. Осаждение металла в условиях принудительного перемешивания и возникающих турбулентных потоков на границе углублений в фоторезистивном слое приводит к разрастанию хаотичных структур дендритов. В отсутствие перемешивания при постоянном или импульсном токе осаждения поверхность полупроводниковой пластины 6 покрывается газовыми пузырьками.

Гальваническую обработку выполняют с помощью источника электрического тока (фиг.3), состоящего из потенциостата ПИ-50-1 и программатора ПР-8.

Импульсный инверсный режим осаждения способствует улучшению качества осадка, так как в анодный период частично растворяются микровыступы с повышенной напряженностью электрического поля и происходит конвекционное пополнение ионами металла приповерхностного слоя электролита 13. Однако при расположении полупроводниковой пластины 6 осаждаемой стороной вниз конвекционного перемешивания недостаточно, так как в этом случае поверхность осажденного слоя металла неоднородна бугриста, что связано с микрогазовыделением при образовании обедненного слоя. Для подавления газовыделения необходимо чередование процессов осаждения металла и принудительного перемешивания электролита 13.

Принудительное перемешивание более интенсивно, чем конвекция, обогащает ионами металла приповерхностный к полупроводниковой пластине 6 слой электролита 13, в том числе в углублениях фоторезистивной маски.

Длительность осаждения зависит от плотности катодного тока (устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к). Чем выше плотность тока, тем короче должен быть период осаждения в силу более быстрого обеднения поверхностного слоя электролита 13, например для устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к=60 mA/см2 не более 1,5 мин; для устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к=80 mA/см2 не более 1 мин; для устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к=120 mA/см2 не более 30 сек. При этом в окнах маски формируется плотный мелкозернистый осадок с ровной геометрией края.

Цикл, состоящий из принудительного перемешивания электролита, релаксации электролита, импульсного осаждения, многократно повторяют до формирования слоя металла необходимой толщины.

Блоком управления (фиг.4) задается программа цикла с указанием длительностей перемешивания (t1), релаксации (t2 ), импульсного осаждения (t3), количества повторений (n). Электрические ключи K1 и К2 блока управления (фиг.4) встроены в цепь гальванического тока (D-C-E), задаваемого источника тока (фиг.3). При разомкнутом электрическом ключе K 1 источник тока (фиг.3) шунтируется замкнутым ключом К 2, при этом в используемом гальваностатическом режиме осаждения металла на полупроводниковой пластине 6 не происходит. В период перемешивания электролита 13 ключ К3 управления магнитной мешалкой 15 замкнут, в период релаксации электролита 13 разомкнут. При последовательном замыкании ключа K 1 и размыкании ключа К2 протекает гальванический ток (период осаждения металла). Для прекращения осаждения замыкается шунт К2 и размыкается электрический ключ K1.

Конструкция предлагаемого устройства допускает полную автоматизацию загрузки, обработки, выгрузки.

На обе стороны полупроводниковой пластины 6 напыляют контактные слои металлов хрома - палладия - серебра(Cr/Pd/Ag) с толщинами 400Å/500Å/1000Å, соответственно. На лицевой эпитаксиальной стороне полупроводниковой пластины 6 создают фоторезистивную маску с рисунком контактов фотопреобразователя. Используют фоторезист ФП-4-04-Т.

Ширина контактных окон ˜10 мкм. Длина ˜40 мм, толщина фоторезистивного слоя ˜7 мкм.

Полупроводниковую пластину 6 укладывают тыльной стороной на опорные столбики 4 подложкодержателя 3 и прижимают к осаждаемой стороне (в окнах фоторезистивной маски) четырьмя электродными токоподводящими контактами 5, расположенными по периметру обрабатываемой полупроводниковой пластины 6.

Поверхность электродных токоподводящих контактов 5 покрыта изоляционным слоем за исключением прижимного торцевого участка.

Подложкодержатель 3 с полупроводниковой пластиной 6 устанавливают угловой выточкой 7 на угловой выступ 9 опорной рамы 8, при этом нижний край N пластины 6 касается электролита 13 (фиг.2). Начальный угол установки плоскости подложкодержателя 3 к плоскости электролита 13 составляет устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 нач.=30° (см. п.4 таблицы).

Постепенно, уменьшая угол наклона, подложкодержатель 3 укладывают на опорную раму 8, при этом воздух выдавливается из-под полупроводниковой пластины 6 за счет сил поверхностного натяжения и достигается полное смачивание осаждаемой стороны. Движение подложкодержателя 3 происходит по определенной траектории, жестко обусловленной одновременным скольжением опорных точек G и F углового выступа опорной рамы 8 по поверхности сторон угловой выточки 7. В результате край полупроводниковой пластины 6, удерживая раствор силами поверхностного натяжения, приподнимается над плоскостью электролита 13, и после окончательного укладывания подложкодержателя 3 плоскость осаждаемой стороны находится выше на h=0,5 мм уровня электролита 13 за пределами обрабатываемой полупроводниковой пластины 6.

В случае, если при начальной установке подложкодержателя 3 край полупроводниковой пластины 6 находится ниже уровня электролита 13, величина приподнятия плоскости осаждения уменьшится соответственно. Например, при расположении пластины 6 согласно l=1 мм (п.3 таблицы) и начальном погружении крайней точки N на 0,2 мм, после укладывания подложкодержателя 3, высота приподнятия плоскости осаждения составит h=0,7 мм.

Затем с помощью магнитной мешалки 15 и входящего в нее перемешивающего стержня 16 электролит 13 перемешивают в течение 20 сек для обогащения ионами металла приповерхностного слоя раствора в окнах фоторезистивной маски. Экранирующая пластина 18 препятствует образованию воронки при вращательном движении электролита 13. Выключают магнитную мешалку 15 размыканием электрического ключа К 3 блока управления (фиг.4). В последующий период паузы 20 сек происходит релаксация электролита 13, раствор успокаивается. Осаждение металла в растворе, продолжающем движение по инерции, приводит к формированию нерегулярных наростов - дендритов. Выполняют осаждение в спокойном без принудительного перемешивания электролите 13 до тех пор, пока приповерхностный слой раствора не будет существенно обеднен ионами металла. Применяют импульсный инверсный режим осаждения. Длительности катодного и анодного импульсов t=1·10 -3 сек, плотности тока устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к=80 mA/см2 и устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 а=8 mA/см2, соответственно. Продолжительность периода осаждения t=30 сек. Последующим повторением цикла принудительного перемешивания электролита 13 - релаксации электролита 13 импульсного осаждения - наращивают слой металла необходимой толщины. Например, для получения слоя металла толщиной ˜7 мкм при выбранном режиме осаждения достаточно 7 циклов. Осажденные контакты имеют ровную геометрию края, мелкозернистую структуру, трапецеидальную конфигурацию. На тыльной стороне полупроводниковой пластины 6 осаждения не происходит. Далее вращательным движением относительно угловой выточки 7 подложкодержатель 3 переворачивают. Выполняют выгрузку полупроводниковой пластины 6. Полупроводниковую пластину 6 промывают в деионизованной воде, высушивают. Затем лицевой стороной с осажденными контактами полупроводниковую пластину 6 укладывают вновь на опорные столбики 4 подложкодержателя 3. Прижимают электродные токоподводящие контакты 5 к тыльной стороне, без фоторезистивного покрытия. Устанавливают подложкодержатель 3 с полупроводниковой пластиной 6 на опорную раму 8, как описано выше. В результате осаждаемая сторона расположена выше уровня электролита 13 на h=0,5 мм, удерживая раствор силами поверхностного натяжения. Перемешивают раствор перемешивающим стержнем 16 магнитной мешалки 15 в течение t=15 сек. При этом граничный с полупроводниковой пластиной 6 слой электролита 13 обогащается ионами металла. В течение последующей паузы t=20 сек раствор релаксирует, успокаивается, прекращаются турбулентные завихрения жидкости вблизи дуг контактов 5, прижимаемых к полупроводниковой пластине 6.

В случае осаждения в условиях принудительного перемешивания в приконтактных областях полупроводниковой пластины 6 формируются хаотичные наросты металла - дендриты.

Если продолжительность релаксации электролита 13 будет недостаточна, менее 10 сек, при используемой скорости вращения раствора ˜15 об/мин, интенсивное движение жидкости по инерции также приводит к образованию дендритных структур, искажающих морфологию осажденного слоя, что недопустимо в технологии фотопреобразователей. В последующий период t=30 сек осаждают металл, используя импульсный реверсивный режим: плотности катодного и анодного токов устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 к=11 mA/см2 , устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых   пластин, патент № 2327249 a=1,1 mA/см2 , длительности импульсов t=1·10-3 сек. При этом приповерхностный слой электролита 13 частично обедняется ионами металла. Если продолжительность осаждения более 1,5 мин, ухудшается морфология осаждаемого слоя металла, что связано с газовыделением. Для наращивания слоя металла необходимой толщины (˜7 мкм) цикл принудительного перемешивания, релаксации, импульсного осаждения повторяют с помощью блока управления (фиг.4) в автоматическом режиме 42 раза. Формируемый осадок имеет мелкозернистую структуру, в области дуговых контактов 5 дендритные высыпания отсутствуют.

В предлагаемом устройстве в качестве основного материала используется оргстекло марки ТОСП 12, ГОСТ 17622-72.

Предлагаемое устройство для односторонней гальванической обработки полупроводниковых пластин исключает воздействие электролита 13 на обратную сторону полупроводниковой пластины 6, что позволяет выполнять независимо гальваническую обработку двух сторон с разной площадью осаждения.

В отличие от устройств с вертикальным расположением полупроводниковой пластины 6, нет необходимости в изоляции обратной стороны посредством уплотнительных колец, сокращающих полезную площадь обрабатываемой пластины 6, в особенности при наличии базового среза.

Предлагаемое устройство обеспечивает равномерное осаждение металла, так как в силу горизонтального расположения полупроводниковой пластины 6 осаждаемые участки находятся в равных условиях.

Выполнение циклической обработки - принудительного перемешивания электролита 13, релаксации электролита 13, импульсного осаждения металла обеспечивает получение плотного мелкозернистого осадка без дендритных наростов в окнах фоторезистивных масок большой толщины, что необходимо, например, для формирования контактной сетки фотопреобразователя с малой площадью затенения. Осаждение в электролите 13 без турбулентных завихрений обеспечивает равномерное наращивание металла в области контактов 5 и в отсутствие фоторезистивного покрытия.

Обрабатываемая полупроводниковая пластина 6 не испытывает механических нагрузок, что позволяет использовать тонкие хрупкие полупроводниковые структуры.

Класс H01L21/3063 электролитическое травление

канальная матрица и способ ее изготовления -  патент 2516612 (20.05.2014)
способ получения кремниевой канальной матрицы -  патент 2433502 (10.11.2011)
способ получения кремниевой микроканальной матрицы -  патент 2410792 (27.01.2011)
способ получения кремниевой микроканальной мембраны в монолитном обрамлении -  патент 2388109 (27.04.2010)
способ изготовления газопроницаемой мембраны и газопроницаемая мембрана -  патент 2335334 (10.10.2008)
раствор для электрохимического растворения кремния -  патент 2308786 (20.10.2007)
способ получения газопроницаемой мембраны и газопроницаемая мембрана -  патент 2283691 (20.09.2006)
способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек -  патент 2217840 (27.11.2003)
способ электрохимической обработки полупроводниковых пластин -  патент 2133997 (27.07.1999)
Наверх