Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

акцепторы. В результате проводимость образцов n-типа убывает. Адсорбция паров воды, спирта или ацетона обусловливает образо­ вание положительного заряда вследствие захвата из полупровод­ ника подвижных дырок (или освобождения в полупроводнике электронов) и создания донорных уровней.

§ 9.2, Влияние поверхности на электрические характеристики р-п-переходов

Очистку поверхности р-п-перехода осуществляют, чтобы исклю­ чить образование инверсных слоев и стабилизировать состояние

поверхности.

Адсорбированная на поверхности кристалла влага может содер­ жать ионы металлов (Na+) в количестве до 10й см~2 и быть таким образом ионным проводником. Под воздействием приложенного к р-п-переходу обратного напряжения возникает ионный ток, вели­ чина которого может на несколько порядков превышать величину объемного тока.

Помимо ионного тока большую роль играют токи утечки, обус­ ловленные каналами. Инверсный слой, образовавшийся на какойлибо части кристалла и примыкающий к р-п-переходу, увеличивает эффективную площадь перехода, что способствует возрастанию об­ ратного тока. Таким образом, обратный ток через р-п-переход мо­ жет сильно возрасти вследствие ионной или канальной проводимо­ сти. По характеру изменения обратного тока и напряжения можно судить о том, какой механизм преобладает. Для ионных токов за­ висимость близка к линейной, канальный ток изменяется пропор­ ционально корню квадратному из приложенного напряжения.

Величина пробивного напряжения р-«-перехода определяется удельным сопротивлением полупроводника. Электрический пробой чаще всего носит лавинный характер. В ряде случаев пробой на­ ступает при напряжениях меньших, чем это должно быть для дан­ ного полупроводника. Такое явление объясняется появлением кана­ ла «-типа на низкоомной части кристалла р+-типа. Напряжение пробоя р-п-иерехода в районе канала меньше, чем в объеме, так как проводимость канала больше проводимости базы.

Поверхность, характеризуемая нарушением периодичности кри­ сталла и средоточением разного рода дефектов, обусловливает уси­ ленную рекомбинацию носителей заряда. Интенсивность процесса рекомбинации характеризуется скоростью поверхностной рекомби­ нации.

гДе J — рекомбинационный поток электронно-дырочных пар через единицу поверхности в единицу времени;

Ар — избыточная плотность неосновных носителей заряда в приповерхностном слое.

255

Обычно поверхностная рекомбинация значительно превышает интенсивность рекомбинации в объеме, и действительное время жизни неосновных носителей заряда в кристалле заметно меньше времени жизни, определяемого одними объемными дефектами. Ско­ рость поверхностной рекомбинации зависит от обработки поверх­ ности. Грубая шлифовка дает s порядка тысяч и десятков тысяч, травление — сотни сантиметров в секунду. Большая величина s значительно уменьшает коэффициент переноса носителей заряда и тем самым коэффициент усиления транзисторов.

Поверхностная составляющая в значительной степени опреде­ ляет нулевой ток коллектора, состоящего из объемного и поверх­ ностного токов.

В большинстве случаев ухудшение параметров прибора при длительной работе происходит вследствие изменения состояния по­ верхности, обусловленного изменением окружающей среды, напри­ мер, попадания влаги на р-п-переход или свойств защитного по­ крытия. Таким образом, поверхностные явления определяют срок службы и надежность полупроводниковых приборов.

§ 9.3. Защита лаками и эмалями

Для защиты поверхности р-я-переходов от внешних воздействий на нее наносят тонкие слои специальных лаков и эмалей.

Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и иных веществ. Достоинством метода является его простота и технологичность.

В то же время защита р-п-переходов методом лакировки имеет много недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые лаки не отвечают требованиям полупроводниковой технологии. Они недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.

Кроме того, очень важным недостатком лаков является их спо­ собность создавать в приповерхностном слое полупроводника зна­ чительные механические напряжения, что связано с различием ко­ эффициентов термического расширения полупроводника и высу­ шенной пленки лака.

Таким образом, качество защиты р-п-переходов и свойства «ла­ кированных» приборов сильно зависят от свойств лаков.

В качестве исходных материалов часто используют кремнийорганические лаки, обладающие высокой влагостойкостью и хороши­ ми диэлектрическими свойствами.

Чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков (тре­ скаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с по­ лупроводниками, хрупки); их устраняют путем введения модифи­ цирующих добавок и специальных наполнителей.

При выборе защитного покрытия (лака или эмали) исходят из эксплуатационных требований, предъявляемых к полупроводнико-

256

вому прибору. В табл. 9.1 приведены некоторые данные наиболее часто употребляемых лаков и эмалей.

Очень важным фактором при защите р-н-перехода лаком явля­ ется чистота лакируемой поверхности, поэтому переходы должны быть тщательно протравлены, промыты и высушены.

После сушки кристаллы переносят в специальных вакуумных эксикаторах в скафандры, где производят нанесение лака на их поверхность.

Техника нанесения лакового покрытия заключается в следую­ щем: лак набирают в шприц и осторожно небольшими порциями выдавливают на поверхность полупроводникового кристалла. Для покрытия круглых структур можно применять различные полуавто­ матические приспособления. Сушку лака производят в специаль­ ных термостатах. Режим сушки зависит от вида лака или эмали,

атакже от типа прибора.

§9.4. Защита вазелинами

При производстве полупроводниковых приборов в корпусном исполнении в целях стабилизации параметров в капсулу прибора вводят кремнийорганический вазелин в сочетании с влагопоглощаю­ щими добавками (геттерами), например с цеолитом.

Изоляционный вазелин представляет собой смесь кремнийорганической жидкости с мелкодисперсным наполнителем в виде вяз­ кой пасты. Широко применяют кремнийорганические вазелины КВ-3, КВ-2, КВ-2А.

Названные вазелины обладают высокими изоляционными свой­ ствами. Удельное объемное сопротивление вазелинов при темпера­ туре 20° С порядка 1014 ом-см, а при 150° С оно равно 1012 ом-см. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 гц порядка 0,006. Диэлектрическая проницаемость равна 2,8, а диэлектриче­ ская прочность — 15 кв/мм.

Перед нанесением вазелина на полупроводниковые кристаллы или в оболочки корпусов его подвергают вакуумной сушке при тем­ пературе 150° С в течение 8 —10 ч.

Технологический процесс нанесения вазелина проводят в ска­ фандрах в атмосфере осушенного азота.

§ 9.5. Защита силанированием

Защита поверхности р-п-переходов с помощью кремнийорганических полимерных лаков и эмалей долгое время была самым рас­ пространенным методом в промышленности. Однако при производ­ стве ряда приборов выяснилось, что более надежной защиты по­ верхности р-п-перехода и стабилизации электрических параметров можно достигнуть, используя метод силанирования.

В процессе силанирования защитная кремнийорганическая по­ лимерная пленка создается непосредственно на увлажненной

258

поверхности р-п-переходов в результате реакции гидролиза алкилгалоидсиланов. Формула алкилгалоидсилана имеет вид:

этил (С2Н5) и фенил (С6НБ); из галоидов используют хлор и бром. Силаны способны полимеризоваться в полисиланы, где атомы кремния связаны в цепочку. При этом происходит химическое свя­ зывание пленки с поверхностью перехода кремния. Атом кремния в большинстве соединений электроположительный, что обусловли­ вает его притяжение к электроотрицательным атомам и группам и достаточно сильный ионный характер таких связей. Относительно высокие энергии связи кремния с другими элементами делают кремнийорганические соединения термически стойкими. Особенно прочны связи кремния с кислородом. Большое практическое значе­

Для защиты р-л-переходов предпочтительнее использовать галоидсиланы с короткой цепочкой, чтобы обеспечить довольно быст­ рое образование пленки. Наряду с этим, соединения с низшими алифатическими радикалами {(СНз-СН2)-ОН] образуют более тер­ мостойкие полимеры. Было замечено, что полимеры с длинными Цепочками, т. е. с большими молекулами, а также с сетчатой раз­ ветвленной структурой, значительно лучше стабилизируют обрат­ ные токи, чем с короткими цепочками. Полагают, что при силанировании образуются очень тонкие пленки, которые обладают высо­ кой влаго- и газонепроницаемостью, инертностью к различным хи­ мическим реагентам, высокой адгезионной способностью. Главная отличительная особенность этих пленок — это термостойкость (до 300°С). Наиболее перспективными являются диметил- и тримегилзамещенные силаны. К недостаткам метилзамещенных галоидсиланов относится выделение при гидролизе хлористого водорода, который взаимодействует с элементами, образующими р-л-переход, Например с алюминием. Хлористый алюминий, образующийся при гидролизе, весьма гигроскопичен и может шунтировать переход. Незначительные количества хлористого алюминия не должны влиять на электрические параметры р-л-перехода, так как извест­ но, что для ускорения конденсации силанов применяют хлориды алюминия, железа и др., и, следовательно, можно ожидать, что не­ которое количество хлористого алюминия благоприятно скажется на качестве пленки.

2 5 9