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

Другим важным фактором при гидролизе и поликонденсации является кислотность среды. От нее и от чистоты исходного про­ дукта зависят молекулярный вес полимера и однородность его хи­ мического состава. Существует несколько способов нанесения поли­ мерных пленок (при условии предварительного увлажнения поверх­ ности переходов):

1 ) погружение в жидкие метилхлорсиланы; 2 ) погружение в растворы метилхлорсиланов или их смесей;

3) выдержка в парах силанов или их смесей.

Первый способ дает лучшие результаты, но при его использова­ нии создается высокая концентрация хлористого водорода, кото­ рый интенсивно разрушает алюминий. Этот же недостаток неизбе­ жен и при силанировании из газовой фазы, что отрицательно влия­ ет на сплавные кремниевые приборы, имеющие алюминиевые электроды. Используя способ силанирования р-я-переходов из

так как в растворитель переходят продукты гидролиза. Практически для получения полисилоксанов в качестве раство­

рителей обычно применяют ксилол, толуол и бензол. Повышение молекулярного веса полимеров происходит в процессе испарения растворителя. В это же время наблюдается перегруппировка си- локсановых связей и химическое взаимодействие их с поверхност­ ными соединениями, защищаемыми р-я-переходы. Большое значе­ ние при создании полимерной пленки имеет толщина водного по­ крытия и стабильность давления паров воды над увлажняемой поверхностью. Кроме того, не меньшее влияние на толщину поли­ мерной пленки, удерживаемой на поверхности р-я-перехода, имеет структура поверхности, ее химический состав, степень гидрофильности. Например, экспериментально установлено, что при взаимо­ действии газообразного (CH3)2 -SiC]2 с водой, адсорбированной при относительной влажности 1 0 0 % стеатитом, толщина образовав­ шегося слоя полисилоксана составляет примерно 0 , 2 мкм, что соот­ ветствует 300 звеньям (CH3)2 -Si02. Наличие значительного количе­ ства групп в мономерах и образующихся макромолекулах сущест­ венно улучшает адгезию пленки, так как эти группы способны к хи­ мическому взаимодействию с поверхностными соединениями крем­ ния. Силанирование не только закрепляет существующую структу­ ру поверхности, но и в некоторых случаях улучшает электрические параметры р-я-переходов, поскольку при нанесении пленки устра­ няются структурные дефекты поверхности.

260

Технологический процесс нанесения защитной силановой плен» ки состоит в следующем.

После травления в кислотном травителе и промывки в деиони­ зованной воде кристаллы с р-я-переходами погружают в жидкость органо-замещенного силана на время, в течение которого происхо­ дит полное смачивание поверхности. Обычно используют смесь органо-замещенного хлорсилана, которая состоит из одной части метилтрихлорсилана и двух частей триметилхлорсилана. Реакция этой смеси с влагой, которая имеет место на поверхности кремние­ вого кристалла, вызывает расщепление соляной кислоты и образо­ вание цепи полимеризации, которая дает тонкую защитную пленку кремниевых полимеров. В результате такой реакции возникает сильная химическая связь между атомами кремния и кислородом. Это приводит к образованию термостабильной защитной пленки. Толщина пленки составляет около 0 , 6 мкм.

Другой процесс силанирования заключается в том, что кристал­ лы с р-я-переходами покрывают изоляционным слоем пиролитически осажденного органо-кремниевого соединения. Кристаллы поме­ щают в молибденовую лодочку, расположенную на нагревателе в кварцевой реакционной трубе. Через эту трубу пропускают гелий, который предварительно насыщается тетраэтоксимоносиланом. Температура нагревателя поддерживается равной 800°С. Скорость пропускания газовой смеси над пластинами с р-н-переходами вы­ бирается от 50 до 60 м31ч. Толщина изолирующей пленки близка к 2,5 мкм. Скорость выращивания пленки 800 А/мин.

После этого наносят второй слой изоляционной пленки при пропускании гелия через сосуд, содержащий жидкий этил триэтоксисилан. Смесь пропускается через реакционную трубу в тече­ ние 5 мин при температуре 800°С. Толщина второго защитного по­ крытия составляет 0,2 мкм. Скорость выращивания второго слоя выбирается равной 400 А/мин.

Одним из основных преимуществ метода силанирования по сравнению с методом защиты переходов лаками и эмалями явля­ ется возможность химического связывания защитной пленки с по­ верхностью полупроводника. Это обеспечивает не только надеж­ ную адгезию, но и позволяет устранить некоторые структурные нарушения поверхности, что способствует заметному улучшению электрических параметров переходов.

§ 9.6. Защита пленками окислов металлов

Для защиты поверхности р-я-переходов иногда применяют пленки на основе окислов металлов: алюминия, титана, бериллия, Циркония и др. Исходный материал берут в виде порошка. В ка­ честве несущего агента можно использовать галоген или гало­ идное соединение водорода. При добавлении в рабочую камеру инертных газов скорость реакции снижается. В рабочей камере устанавливается градиент температуры между источником и полупроводниковым кристаллом. Температуру источника

261

выбирают выше, чем температуру кристаллов. С увеличением гра­ диента температуры скорость реакции увеличивается. Для осажде­ ния защитных пленок А120з, ВеО, ТЮ2, Zr02, A1N температуру источника необходимо выбирать в диапазоне 700—1200°С, а темпе­ ратуру кристаллов — в диапазоне 350—500°С. Расстояние между источником и кристаллами определяют в зависимости от требуе­

Для защиты поверхности и стабилизации электрических пара­ метров /?-я-переходов используют процесс титанирования. Этот процесс состоит в том, что на поверхности кристалла с р-я-пере- ходом осаждается один из сложных эфиров: негидролизированный титановый эфир, тетраизопропилтитанат, тетрабутилтитанат или тетраэтилгексинтитанат. Затем покрытие стабилизируют путем тер­ мического прогрева или с помощью катализаторов. В результате получают прочные, химически связанные с поверхностью полупро­ водникового кристалла пленки двуокиси титана.

Процесс титанирования используют для защиты германиевых и кремниевых транзисторов.

Другой способ титанирования заключается в замещении слоя окиси германия на поверхности кристалла германия покрытием из окиси титана. Это покрытие наносят с помощью потока фтора и источника титана. Фтор проходит по трубопроводу и, насыщаясь титаном, образует газообразный фторид титана. Фторид титана реагирует с поверхностью кристаллов, покрытых слоем окиси гер­ мания. При этом на поверхности кристаллов образуется окись титана и парообразный фторид германия:

Способ получения защитных покрытий на основе РЬзО>, ZnCr04, SrCr04 и их смесей заключается в смешивании порошка Pb30 4, ZnCr04 или SrCr04 с летучим растворителем до получе­

262

ния суспензии. Эту суспензию наносят на поверхность кристалла с р-п-переходом распылением. После испарения летучего раство­ рителя кристаллы нагревают до температуры 200°С в течение

30 мин.

Другой способ защиты поверхности кристаллов с р-я-перехо- дами включает в себя нагрев этих кристаллов в окисляющей ат­ мосфере в присутствии ванадия или его соединений. Ванадий при­ сутствует в рабочей камере в виде порошкообразной пятиокиси ванадия V2O5. Температура процесса нанесения защитной пленки 1200°С. Через рабочую камеру пропускают водяные пары, содер­ жащие кислород с парциальным давлением 25 мм рт. ст. После получения толщины пленки около 1 мкм лодочка с порошком V2O5 медленно выдвигается из печи.

Для защиты поверхности р-п-перехода используют пленки окиси вольфрама. Пленки наносят методом плазменного распы­ ления в атмосфере кислорода. Толщина пленок 0,01—1 мкм. Дав­ ление газа в рабочей камере может быть выбрано близким к 5-10- 2 мм рт. ст. Катодом служит чашеобразный диск из воль­ фрама, а анодом — полупроводниковые пластины с р-п-перехода- МиТемпература процесса не должна превышать 300° С. Напряже­ ние на электродах зависит от выбранного давления газа внутри рабочей камеры и не должно превышать 500 в. Внутри камеры образуется плазма, содержащая положительные ионы газа.

§ 9.7. Защита гидрофобными пленками

Для защиты поверхности кристаллов с р-я-переходами гидро­ фобными (влагоотталкивающими) пленками используют различ­ ные способы. Например, галоидирование поверхности пластины с последующей обработкой ее реактивным алкилирующим аген­ том, таким, как соединение щелочного металла с алкилом- и магнийгаллоидами.

Полупроводниковые пластины германия или кремния с р-п-пе­

и через пластины пропускают смесь хлористого водорода с хло­ ром в равных соотношениях в течение 10 мин. После этого про­ цесс повторяют.

В результате такой обработки возникают связи между атома­ ми поверхности полупроводника и атомами хлора. Обработанную пластину погружают в реактивный органический алкилирующий

263