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

На рис. 9.10 представлена схема установки реактивного катод­ ного распыления. Кремний взаимодействует с кислородом лучше, чем с азотом. Поэтому даже незначительное количество кислорода в рабочих газах (N2, Аг) приводит к образованию пленки Si0 2 на

поверхности полупроводника. Поэтому рабочие газы предвари­

в высокочастотном разряде, менее чувствительны к наличию в ра­

275

дании плазмы внутри рабочей камеры с азотом (рис. 9.11). Ионы азота, ударяясь о кремниевую мишень, распыляют кремний. Атомы

возрастает с увеличением плотности мощности и приблизительно пропорциональна P-S. Скорость травления, наоборот, умень-

Р и с . 9 .1 2 . З а в и с и м о с т ь ск о р о ст и р о ст а и т р а в л ен и я

п л ен о к S ia N i о т п л о т н о ст и м о щ н о ст и

шается с возрастанием плотности мощности; причем более резкое уменьшение скорости травления имеет место при значениях P/S< 1 вт/см2. С увеличением плотности мощности плотность пле­ нок Si3N4 возрастает.

276

В качестве рабочего газа для этого метода может быть исполь­ зована смесь силана и аммиака.

Свойства защитных пленок Si3N4. При пассивации и защите по­ верхности р-л-переходов, а также при получении защитных масок для диффузионных процессов предпочтительно иметь пленки Si3N4 с аморфной структурой, поскольку на границе аморфной пленки Si3N4 с подложкой возникают меньшие напряжения, чем у кристал­

лических пленок.

В противоположность кислотостойкому кристаллическому нитри­ ду кремния аморфная модификация медленно растворяется в кон­ центрированной плавиковой кислоте. Скорость растворения зависит от пористости пленки, наличия в ней примесей и т. п. С уменьше­ нием температуры подложки при выращивании пленки скорость растворения возрастает, что связано с уменьшением плотности и сплошности пленки. Длительный термический отжиг пленок Si3M4 приводит к повышению кислотостойкости.

Вследствие более высокой плотности и термостойкости по сравнению с пленками S1O2 нитрид кремния обладает лучшей мас­ кирующей способностью по отношению к диффузантам. Пленка толщиной 0,18 мкм полностью экранирует кремний от диффузии А1, проводимой в запаянной ампуле из эвтектики Si—А1 при Т= 1150° С в течение £ = 44 ч. Глубина диффузии в незащищенной части крем­

Xj= 3 мкм и С0 =Ю 20 смг3 и разгонка после удаления стекла в ре­ жиме Г=1200°С, £=16 ч). При более высоких температурах Si3N4 слабо реагирует с В20 3.

Пленки Si3N4 толщиной 0,13 мкм полностью экранируют крем­ ний при диффузии из РОС13 (загонка при Г= 1 100° С; г,-=3 мкм, Со=1021 см~3), а пленки толщиной 1000 А почти полностью реаги­ руют с диффузантом, образуя на поверхности стеклообразное со­ единение, легко растворимое в плавиковой кислоте. Основные свой­ ства пленок Si3N4 приведены в табл. 9.4.

§9.10. Защита с помощью легкоплавких стекол

Вповерхностных слоях кристаллов полупроводниковых прибо­ ров имеет место миграция ионов, которая вызывает нестабильность электрических параметров и изменение вольт-амперных характери­ стик. Слой стекла, нанесенный на поверхности активных элемен­ тов, связывает мигрирующие ионы, что способствует улучшению

стабильности приборов и его надежности, герметизирует активный элемент (р-п-переход) от внешних воздействий.

Метод защиты стеклом успешно применяют на большинстве ти­ пов р-я-переходов: планарном, мезадиффузионном, сплавном.

277

278

В качестве герметизирующего материала широко используют также пластмассу. Но пластмасса не полностью защищает переход от проникновения влаги и миграции ионов, поэтому перед гермети­ зацией пластмассой р-я-переходы защищают слоем стекла.

Слой защитного стекла можно наносить как на чистую полупро­ водниковую поверхность с р-п-первходом, так и на слой окисла или пассивированную поверхность. Кроме того, стекло может защищать часть металлических выводов, смежных с полупроводниковым ма­ териалом, для укрепления всей структуры прибора.

Действие легкоплавких стекол не ограничивается простой защи­ той от внешних воздействий. Проведенные эксперименты показали, что стекла, находясь в жидком состоянии, действуют как геттеры металлических ионов, оставшихся на поверхности кристалла.

Выбор состава стекла для определенного прибора зависит от материалов прибора и режимов его сборки. Для получения стекла с нужным коэффициентом температурного расширения и рабочей температурой состав стекла можно легко изменить.

В качестве примеров приведем составы применяемых легко­ плавких стекол.

1. Халькогенидное стекло с составом: мышьяк —24%, сера — 67%, йод — 9%. Готовится это стекло в нейтральной атмосфере при 500—600° С. Процесс нанесения его на кристалл осуществляют при

250—300° С в течение 1 мин.

2. Стекло, состоящее из модификатора, кремнезема и солей бор­ ной кислоты. Модификатор содержит окись алюминия с концентра­ цией 5—24% и цинк или кадмий. В модификатор может также вхо­ дить окись бериллия. Общая концентрация модификатора в стекле не должна превышать 40%.

в вакууме при температуре 2000° С. Пленка стекла на поверхности полупроводникового материала обладает большой механической прочностью и высокой стойкостью к термоциклированию в диапа­ зоне — 196-^ + 100° С без появления микротрещин.

4. Стеклянная пленка на поверхности полупроводникового кри­ сталла, создаваемая нагреванием его в течение 1—3 ч при темпе­ ратуре 400—700° С в среде, содержащей кислород, пары окислов или галоидов свинца, сурьмы и других металлов. Внедрение ато­ мов свинца или сурьмы в решетку О—Si—О (или О—Ge—О) ос­ лабляет межатомные связи и ускоряет процесс окисления поверх­ ности кристалла с образованием пленки стекла.

5. Порошкообразное стекло для защиты кремниевых приборов, состоящее из 50% окиси свинца, 40% двуокиси кремния и 10% оки­ си алюминия, для защиты германиевых приборов — из 60% окиси свинца, 30% двуокиси кремния и 10% окиси алюминия. Стекло го­ товят в виде суспензии в дистиллированной воде, наносят на по­ верхность кристалла и сплавляют при температуре 1000° С. Нане­ сение стекла осуществляют методом центрифугирования или осаж­ дением из паровой фазы.

279