Получение и исследование микроструктуры и свойств экспериментальных образцов оснований гибридных интегральных микросхем, полученных из отходов монокристаллического кремния

Abstract

Объектом исследований являлись экспериментальные образцы, сформованные и спеченные из кремниевых порошков, полученных из отходов монокристаллических пластин микроэлектронного производства. Исследованы особенности микроструктуры, физико-механические и теплофизические свойства экспериментальных образцов оснований гибридных интегральных микросхем (ГИМС) в зависимости от условий изготовления, показана принципиальная возможность их применения в качестве оснований ГИМС. Приведены преимущества использования импульсного прессования для получения образцов без связующего с относительной плотностью до 89%. Изучен фазовый состав экспериментальных образцов оснований гибридных интегральных микросхем в зависимости от параметров синтеза. Установлена сильная зависимость фазового состава от среды отжига (вакуум, воздух) и условий обработки (статические, динамические методы, температурный режим). Показано, что, варьируя технологическими режимами обработки и исходным составом, можно получать экспериментальные образцы оснований ГИМС с полупроводниковым либо диэлектрическим типом проводимости. На лабораторных образцах, изготовленных статическим способом при 1200°С в воздушной среде, шероховатость поверхности была 0,113 мкм. Показатели микротвердости составили 11,5 ГПа, коэффициента вязкости разрушения – 1,2 МПа ⋅ м1/2, коэффициента теплопроводности − 25 Вт/(м ⋅ К), коэффициента термического расширения – 2,3 ⋅ 10–6 град–1, удельного электрического сопротивления − от 109 до 1012 Ом ⋅ см.

The study focused on experimental samples molded and sintered from silicon powders obtained from single-crystal wafer waste from microelectronic manufacturing. The microstructural features, physical, mechanical, and thermal properties of the experimental hybrid integrated microcircuits (HIMC) base samples were examined depending on manufacturing conditions, demonstrating the fundamental feasibility of their use as bases for hybrid integrated microcircuits. The advantages of using pulse pressing to produce binder-free samples with a relative density of up to 89% are shown. The phase composition of experimental samples of hybrid integrated microcircuit bases was studied depending on the synthesis parameters. A strong dependence of the phase composition on the annealing environment (vacuum, air) and processing conditions (static, dynamic methods, temperature regime) was established. It has been shown that by varying the technological processing modes and the initial composition, it is possible to obtain experimental samples of HIMS bases with a semiconductor or dielectric type of conductivity. On laboratory samples produced using a static method at 1200°C in an air environment, the surface roughness was 0.113 μm. Microhardness values are 11.5 GPa, fracture toughness coefficient is 1.2 MPa · m1/2, thermal conductivity coefficient is 25 W/(m · K), thermal expansion coefficient is 2.3 · 10–6 deg–1, specific electrical resistance is from 109 to 1012 Om · cm.