Состав 6. На поверхность полупроводникового кристалла наносят смесь микропорошков со спиртом или другим летучим наполнителем, которая включает 70% окиси кремния, 20% окиси бора, 5% окиси лития, натрия или калия, 5% окиси алюминия или свинца. После термообработки в вакууме при температуре 300 С в ткчение15 минут образуется стеклообразная плёнка толщиной 1 мкм, на поверхности которой разложением этилокремниевой кислоты наращивается плёнка окиси кремния, которую сплавляют с нижним слоев стекла при темературе 700–900 С . В результате образуется стеклянная плёнка, имеющая следующий состав: 80% окиси кремния, 18% окиси бора, 2% щелочных метал0лов и окислов типа Al2O3 или PbO.
Состав 7. На поверхность кремния наносят окисный слой Al2O3*SiО2, а на него осаждают соединение типа Ai(OcnH2n+1)*Si(OcnH2n+1), где n= 1,2,3,4. При нанесение плёнок стекла на окислые слои толщиной менее 200нм возможно проникновение ионов из стекла через окисный слой к поверхности р-п-перехода, чувствительной к их воздействию. По мере проникновения ионов к поверхности р-п-перехода, на этой поверхности могут возникать каналы, которые увеличивают нестабильность приборов, поэтому эти стеклянные плёнки не очень эффективны в качестве защитных для ионночувствительных поверхностей различных приборов.
Состав 8. Боратное стекло— наиболее перспективное, так как отличается низкой электропроводностью и малыми диэлектрическими потерями, высокой механической прочностью, а также термической и климатической стойкостью. Боратное стекло имеет структуру, отличающуюся от структуры силикатных стёкол, и способно выдерживать умеренные концентрации катионов (например, натрий до 0,1%), не увеличивая электропроводимость. Боратное стекло отвечает требованиям герметизации полупроводниковых приборов: свободно от щелочных металлов, уплотняется (спаивается) при температуре до 800С, относительно инертно и водонепроницаемо, имеет регулируемые коэффициенты температурного расширения.
Боратные стёкла состоят из бората цинка, окиси цинка, окиси кадмия, окиси алюминия, окиси кремния. Кроме того, они могут включать окись бериллия и в небольших окись титана, циркония, ниобия, лантана, церия, скандия, гафния, галлия, индия и их смеси. Эти составы стойки к расстёклыванию в широком диапазоне температур и обладают полной смешиваемостью составных частей.
В качестве примера можно привести следующий состав стекла этого типа: 22–25 % окиси кремния, 32–38% бората цинка, 12–20% окиси алюминия, 15–30% окиси цинка. Такое стекло обладает коэффициентом температурного расширения, равным 38 *10-7/С в диапазоне температур от ) до 200 С. Толщина плёнки стекла от 1 до 20 мкм. На рисунке 40 показана диаграмма тройной композиции: окись цинка – окись бора– двуокись кремния.
Состав 9. Составы стёкол этого типа приведены в таблице 26 и включают тройные композиции: мышьяк–сера–талий и мышьяк–силен–талий .
В качестве добавки к составу As-S-Tl, As-Se-Tl может быть использован германий, введение которого в определённых пропорциях позволяет изменять КТР стекла. Кроме того, стекло состава As-Se-Tl-Ge обладает высоким электрическим сопротивлением и способностью к испарению в вакууме.Температура размягчения его равна 250–300 С.
Состав 10. Стекло содержит 80,6% окис кремния, 4,15% окис натрия, 2,5% окиси алюминия, 12,6% окиси бора, 0,1 % окиси кальция, 0,05% окис магния, обладает КТР равный КТР кремния, и высокой адгезионной способностью. Стекло наносят на поверхность полупроводникового кристалла в виде суспензии, мелких частичек в жидкости. Для получения суспензии стекло размельчают до размера 0,1-2 мкм в шаровой мельнице и разводят в метиловом спирте, ацетоне или воде.
Наиболее благоприятные результаты по однородности защитных плёнок могут быть получены при использовании в качестве жидкого компонента жидкости, имеющей диэлектрическую постоянную в интервале от 6 до 12. В качестве примера можно рекомендовать смесь, состоящую из 10 куб. см изопропилового спирта, 3 см3 вторичного бутилового спирта, 64 см3 третичного бутилового спирта, 23 см3 бензина, и имеющую диэлектрическую постоянную равную 10.
Сплавление стеклянных частиц с поверхностью полупроводникового материала происходит в течение 5-10 минут при температуре на 25-80 С выше температуры размягчения стекла. После сплавления на поверхности кристалла образуется однородная, свободная от пор, тонкая стеклянная плёнка.
Порошок стекла С-44-1 применяется для получения защитных диэлектрических плёнок в производстве гибридных и монолитных интегральных микросхем методом термического вакуумного напыления с непрерывной подачей на испаритель. Цвет порошка от серого до темно-серого. Размер частиц от 0,04 до 0,09 мм. Диэлектрическая проницаемость плёнок стекла на частоте 102-106 Гц равна 5, а тангенс угла диэлектрических потерь на той же частоте – 0,005, электрическая прочность 3*106 В/см, температурный коэффициент ёмкости в интервале температур от –60 до +125 С на частоте 106 Гц равен (от 10 до 25)*10-5 1/С.
Порошок боросиликатного стекла B2O3*SiO2применяется для получения защитных диэлектрических плёнок в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем методом бункерного вакуумного напыления. Химический состав порошка 80-85 % окиси кремния и 15-20% окиси бора. Микропримеси не превышают : алюминия 10-1, висмута 10-2, железа 10-1, марганца 5*10-2 , меди 10-1 , никеля 10-2 , магния 5*10-2 , олова 5* 10-2 , свинца 0,05, серебра 0,01, титана 0,05, хрома 0,1, цинка 0,01%. Плёнки из такого стекла имеют удельное объёмное сопротивление 1014–1016 Ом*см , дитэлектрическую проницаемость на частоте 102-108 Гц, равную 4, тангенс угла диэлектрических потерь на той же частоте, равен (от 2 до 7)*10-4, электрическую прочность (от2 до 5)* 106 В/см, ткр ёмкости в интервале температур от –60 до + 125 С, равный от 1*10-5 до 3*10-5 1/С. Толщина плёнок от 0,2 до 5 мкм.
Гранулят стекля С48-7 применятся для защиты кремниевых меза-структур. В состав стекла входит 31% окиси кремния, 10,8% окиси бора, 7,5% окис алюминия, 6, 1% окиси цинка и 44,7% окиси свинца . Коэффициент линейного расширения в интервале температур от 20 до 300 С равен 48*10-7 1/С. Температура размягчения 530 С. Термическая стойкость не ниже 160 С. удельное объёмное сопротивление при 400 С равно 2,5*1010 Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 МГц и температуре 20 С равен 9*10-4, а диэлектрическая проницаемость равна 8. Материал представляет собой куски стекла произвольной формы с размерами не более 5 мм.
Стёкла С52-1 и С52-2 — боросиликатная композиции, обладающие химической стойкостью. Стекло С52-1 отличается от стекла С52-2 пониженным содержанием окиси алюминия. Увеличение содержания окиси алюминия несколько снижает электрическое сопротивление стекла и увеличивает его вязкость при высоких температурах. Для компенсации этого влияния в состав стекла вводят окислы бария и лития. Крупные ионы бария уменьшают подвижность щелочных ионов и этим повышают электрическое сопротивление стекла, а ионы лития снижают его вязкость при высоких температурах, облегчая процесс стеклования. Температурный коэффициент стёкол одинаков и равен 52*10-7 1/С. Температура размягчения соответственно ровна 585 и 580 С, термостойкость – 180 и 190 С, диэлектрическая проницаемость – 6 и 5,8, а тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 МГц равен 40 и 45.
Операция нанесения стекла на поверхность полупроводниковых пластин или кристаллов хорошо вписывается в общий технологический процесс изготовления приборов групповыми методами, легко поддаются автоматизации и механизации. Защита полупроводниковых приборов и интегральных схем стеклом часто проводится комплексным методом, то есть стекло используют в сочетании с другими защитными покрытиями : плёнками окиси нитрида кремния или окиси металлов , что позволяет добиться высоких электрических характеристик приборов.
Защита поверхности p-n-переходов силанированием.
В последнее время широкое применение получил метод силанирования, позволяющий добиться более надёжной защиты поверхности p-n-переходов и стабилизации электрических параметров . При силанировании на поверхности р-п-перехода получают тонкие плёнки , которые обладают высокой влаго- и газонепроницаемостью, инвертностью к различным химическим реагентам., высокой адгезионной способностью. Термостойкостью (до 300 С) – главная отличительная особенность плёнок. Наиболее перспективными являются диметил- и триметилземещённый силан. Недостатком метилзамещённых силанов являются выделение при силанировании хлористого водорода, который взаимодействует с элементами, образующими р-п-переход, например алюминий. Образующийся хлористый алюминий очень гидроскопичен и может шунтировать р-п-переход.
При на несении силановых плёнок важными факторами являются кислотность среды и чистота исходного продукта, от которых зависят молекулярный вес силана и однородность его химического состава. Существует ряд способов нанесения силановых плёнок (при условии предварительного увлажнения поверхности р-п-переходов):
1. погружение в жидкие метилхлорсиланы;
2. погружение в растворы метилхлорсиланов или их смеси;
3. выдержка в парах силанов или их смесей.
Первый способ даёт лучшие результаты, но при его использовании создаётся высокая концентрация хлористого водорода, который интенсивно разрушает алюминий. Этот же недостаток неизбежен и при силанировании из газовой фазы, что отрицательно влияет на сплавные кремневые приборы, имеющие алюминиевые электроды. Используя способ силанирования р-п-переходов поргружением в растворы, можно устраивать некоторые недостатки двух других способов. Этот способ позволяет: