Richi´s Lab

Abtragen von Aluminiumschichten

Will man einen ungestörten Blick auf die aktiven Bereiche eines integrierten Schaltkreises werfen, so muss man die darüber liegende Metalllage abtragen. Theoretisch kann man die Metalllage abschleifen, dazu benötigt man allerdings spezielles Equipment. Außerdem sind die Lagen integrierter Schaltkreise bedingt durch den Herstellungsprozess meist uneben. Entsprechend schleift man in einer Ebene unterschiedliche Schichten und das Ergebnis ist nicht optimal.

Zum schichtweisen Freilegen eines integrierten Schaltkreises wählt man üblicherweise spezielle Chemikalien. Ein Großteil der integrierten Schaltkreise besitzt zuoberst eine Siliziumoxidschicht, die das Halbleitermaterial vor Umwelteinflüssen schützt. Siliziumoxid (Glas) lässt sich nur schwer chemisch auflösen. Mittel der Wahl ist Fluorwasserstoff, Flusssäure. Etwas ungefährlicher als Flusssäure sind Mittel, die im Hobbybereich verwendet werden, um Muster in Gläser zu ätzen. Wie man damit arbeiten kann, wird im Bereich Abtragen von Siliziumoxidschichten beschrieben. In einigen wenigen Fällen befindet sich die Metalllage zumindest teilweise ungeschützt auf dem Die und lässt sich auch ohne den Einsatz von Flusssäure abtragen.

 

BUX42 Die HCL

Eine im Vergleich zu Flusssäure verhältnismäßig ungefährliche 18%ige Salzsäure ist ausreichend, um Aluminium in lösliches Aluminiumchlorid umzuwandeln. Bei Raumtemperatur sind einige Stunden zu veranschlagen, damit keine Überreste zurückbleiben. Die Metalllage besteht meistens aus Aluminium, nur in sehr komplexen Bauteilen wird mittlerweile auch Kupfer eingesetzt, dass sich in Salzsäure nicht auflöst. Diese Bausteine sind aber gleichzeitig bestens mit einer Passivierungsschicht geschützt, die sowieso zuerst den Einsatz von Flusssäure notwendig macht.

Salzsäuredämpfe reizen Haut, Augen und Atemwege. Außerdem greifen die Dämpfe über lange Zeit auch Metallteile in der Umgebung an. Gefäße in denen Salzsäure mit Aluminium reagiert, dürfen aber auf keinen Fall dicht verschlossen werden, da das freiwerdende Wasserstoffgas dann einen Überdruck aufbaut.

 

Al Reaktion

MJ3001

Die Metalllage eines Transistors oder eines integrierten Schaltkreises bietet nur wenig Reaktionsmasse. Entsprechend unproblematisch läuft der Prozess ab. Bringt man allerdings größere Mengen zur Reaktion, so führt das zu einer starken Wärme- und Gasentwicklung. Ist die Zusammensetzung eines Gehäuses nicht bekannt, so sollte man entsprechend vorsichtig vorgehen.

 

BUX66 Die

BUX66 Die ohne Metalllage

Fehlt eine schützende Siliziumoxidlage, so kann man die Metallisierung eines Bauteils ohne größeren Aufwand vollständig auflösen und erhält einen entsprechend freien Blick auf die darunter liegenden Strukturen. (Hier handelt es sich um den gefälschten Motorola BUX66.)

 

BUX66 Die Detail ohne Metalllage

Ist die Metalllage entfernt, so bleiben unregelmäßige Bereiche, in denen die Metalllage die darunter liegenden Siliziumschichten kontaktiert hat. Im Detail ist an den Rändern eine leichte Kante zu erkennen. Diese Kante ist die Siliziumoxidschicht, die sich unter der Metalllage befindet und die Kontaktbereiche eingrenzt.

 

BUX42 Die

Ist ein Halbleiter mit einer Siliziumoxidschicht geschützt, so bieten nur die Bondbereiche eine Angriffsfläche für die Salzsäure. Bei dem Leistungstransistor STMicroelectronics BUX42 ist das der Fall. Im Bereich der Bonddrähte sind die Aussparungen in der Siliziumoxidschicht zu erkennen.

 

BUX42 Die Detail 2h HCL

BUX42 Die Detail 2h HCL

Nach zwei Stunden in 18%iger Salzsäure sind die Bondbereiche bereits stark angegriffen. Die Basismetallisierung scheint dünner zu sein als die Emittermetallisierung, da am Basisanschluss bereits das darunter liegende Silizium zu erkennen ist. Wo sich Siliziumoxid befindet, ist das Aluminium noch geschützt. Es setzt aber bereits eine Unterwanderung ein.

 

BUX42 Die HCL 3d 9h

Nach einer Einwirkzeit von insgesamt drei Tagen und neun Stunden kann man gut erkennen, wie sich die Salzsäure unter der Siliziumoxidschicht ins Innere des Dies vorgearbeitet hat. Bemerkenswert ist, dass der Ätzvorgang beim Emitter deutlich schneller fortschreitet als bei der Basis. Auch das spricht dafür, dass die Emittermetallisierung dicker ist als die Basismetallisierung. Auf Seiten des Emitters bildet die Siliziumoxiddeckschicht einen höheren Kanal, der einen umfangreicheren Stoffaustausch zulässt und so die Reaktion des tiefer liegenden Aluminiums beschleunigt.

 

BUX42 HCL 12d 7h

Nach einer Einwirkzeit von insgesamt 12 Tagen und 7 Stunden ist auch das Gehäuse bereits angegriffen. Die Metalllage des Dies ist bis auf Reste an den äußeren Rändern vollständig aufgelöst.

 

BUX42 Die HCL 12d 7h

Die Bondbereiche des BUX42 sind sehr sauber. Die zurückgebliebene Siliziumoxidschicht behindert etwas die Sicht auf die restlichen Flächen. Dennoch ist ein deutlicher Unterschied zwischen den Bereichen zu erkennen, die das darunter liegende Silizium kontaktierten (dunkelgrau) und den Bereichen, die davon isoliert waren (grün).

 

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

Zum Bondpad hin ist die Siliziumoxidschicht teilweise eingebrochen.

 

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

Mit einem schrägeren Blickwinkel zeigt sich der Zwischenraum zwischen der oberen Siliziumoxidschicht und der untern Siliziumschicht, in der sich zuvor die Aluminiumlage befand.

Auf diesen Bildern ist auch die untere, isolierende Siliziumoxidschicht zu erkennen, die den Emitterbereich teilweise abdeckt und so die "wide-emitter narrow-contact" Struktur generiert.

 

zurück
oder unterstützt mich über Patreon