Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

про-исходит полное смачивание поверхности. Обычно используют смесь ме-тилхлорсилана и двух частей триметилхлорсилана. Реакция этой смеси в влагой, которая имеется на поверхности кремниевого кристалла, вы-зывает разложение соляной кислоты и образование тонкой защитной плёнки.

Разновидностью процесса силанирования является получение защитных плёнок пиролитическим осаждением органокремниевых со-единений. Кристаллы помещают в молибденовую лодочку, расположен-ную на нагревателе в кварцевой реакционной трубе, через которую про-пускают гелий, предварительно насыщенный тетраэтоксимоносиланом. Температура нагревателя поддерживается равной 800 с. Скорость про-пускания газовой смеси над пластинами с р-п-переходами выбирают от 50 до 60 м/ч. Толщина изолирующей плёнки 25 000 А. Скорость выращи-вания плёнок 800 А/мин.

Затем наносят второй слой изоляционной плёнки, пропуская ге-лий через сосуд , содержащий жидкий этилтриэтоксисилан. Смесь пода-ют через реакционную трубу в течение 5 минут при температуре 800 С. Толщина второго защитного покрытия 2000 А. Скорость выращива-ния второго слоя выбирают равной 400 А/мин.

Таким образом, одним из основных преимуществ метода силани-рования перед методом защиты переходов лаками и эмалями является возможность химического связывания защитной плёнки с поверхностью р-п-перехода. Это обеспечивает не только надёжную адгезию, но и по-зволяет устранить некоторые структурные нарушения поверхности, что способствует заметному улучшению электрических параметров переходов.

Защита поверхности р-п-переходов окислением.

Окисление считается в настоящее время наиболее перспектив-ным методом защиты поверхности р-п-переходов. Реальная поверх-ность германия и кремния после травления при выдержке на воздухе по-крывается плёнкой окисла, однако, несмотря на то что окислы германия и кремния обладают хорошими диэлектрическими свойствами и потен-циально пригодны для защиты поверхности переходов, образующаяся плёнка очень чувствительна к окружающей среде и не может служить пассивирующим покрытием. Для защиты могут быть использованы только достаточно толстые окисные плёнки, получаемые выращивани-ем. Задача получения стабильной плёнки двуокиси германия является достаточно сложной. Более просто окисные плёнки получают на крем-нии.

Известны четыре основных способа выращивания окисных плё-нок на кремниевых пластинах и кристаллах для стабилизации их поверх-ностных свойств:

1. термическое выращивание;

2. пиролитическое окосление;

3. химическое окисление;

4. анодное окисление;

Термическое выращивание. Выращивают окиную плёнку на поверхности кремния чаще всего методом открытой трубы. Тща-тельно очищенный азот, увлажнённый водяными парами, прорус-кают через деионизиванную воду, откуда он попадает в трубу, где в высокотемпературной зоне печи (1100–1300 С) находятся пла-стины кремния. Для создания совершённой плёнки двуокиси пла-стины перед окислением механически или химически полируют.

В другом случае окисление ведут в атмосфере ( чаще так-же в потоке) чистого кислорода, специально очищенного атмо-сферного воздуха или водяного пара. На рис показана зависимость толщины плёнки от h скорости роста плёнки SiO2 от температу-ры. Как видно, она имеет экспоненциальный характер.

Рост плёнки двуокиси кремния в различных условиях описы-вается выражением:

hm=kt,

где h – толщина плёнки; t – время; k– константа, определяемая давлением и температурой; m– показатель степени;

Если окисление ведут в чистом кислороде или парах воды, m=2. Плёнка, выращенная в кислороде, имеет более совершенную структуру.

Часто используют окисление в три стадии: в осушенном, в увлажненном ( для ускорения процесса) и вновь в осушенном кисло-роде. Однако предельная толщина термически выращенной окис-ной плёнки не превышает 1,5 мкм. Более толстые плёнки имеют трещины. Для практических целей используют плёнки двуокиси кремния толщиной 0,2–1,2 мкм.

При использовании водяного пара под давлением, скорость выращивания окисной плёнки возрастает. После травления и про-мывки кристаллы с р-п-переходами обрабатывают в течение 15 минут в азотной кислоте при температуре 100 С и сушат на воз-духе. Затем кристаллы окисляют при температуре 650 С и давле-нии водяных паров 50 ат в течение 2 часов. В результате на по-верхности пластины образуется защитная окисная плёнка толщи-ной 3000 А.

Получать окисную плёнку в среде водяного пара можно при температуре 1200 С в течение 5 часов при атмосферном давлении . После оксидирования водяной пар заменяют инертным газом, который пропускают через пластины в течении 1 часа при той же температуре. Плёнку получают толщиной 20 000А.

Пиролитическое окисление. Описанная технология созда-ния защитных окисных плёнок непригодна для германия, так как плёнка двуокиси германия нестабильна и не может служить на-дёжной защитой против диффузии. Уже при 700 С двуокись гер-мания в инертной или восстановительной среде реагирует с объё-мом , образуя летучую моноокись.

Нагрев в окислительной среде при температуре 700 С вы-зывает разрушение пленки Ge2O. Для защиты р-п-переходов на германиевых пластинах выращивают плёнки окиси кремния. Ши-рокое распространение получили защитные плёнки окиси кремния, выращиваемые на германии методом термораспада кремнийогра-нических соединений. Покрытие, образующееся при пиролитиче-ском разложении органооксисиланов, наносится очень просто, об-ладает хорошей механической стойкостью и легко удаляется при травлении в плавиковой кислоте.

Поток очищенного аргона 1 проходит через печь. Когда температура поднимается до 700 С аргон пропускают через ор-ганооксисилан 2, пары которого разлагаются в рабочей камере 3, и на пластинах 5 германия осаждается слой двуокиси кремния. Ко-гда требуемая толщина плёнки достигнута, вновь пускают чис-тый аргон и отключают печи. При 200 С пластины вынимают.

Эту же технология можно использовать для защиты элек-тронно-дырочных переходов на пластинах арсенида галлия.

Пиролитеческое наращивание плёнки двуокиси кремния вследствии сравнительно низкой температуры процесса незаме-нимо в тех случаях, когда окисления подвергаются структуры с заданным распределением примеси. Воздействие высокой темпе-ратуры (в случае термического окисления) вызывает заметную диффузию примесей и изменение свойств структуры, поэтому пи-ролитическую плёнку окиси выращивают в настоящее время и на кремнии. Иногда делают комбинированное покрытие: на термиче-ски выращенный слой окиси кремния осаждают пиролитический окисел.

Получение защитной пёнки на кристаллах с р-п-переходами заключается в осаждении слоя SiO2 из паровой фазы. Кристаллы с р-п-переходами нагревают до температуры 700 с. Через трубу пропускают кислород и тетраоксисилан со скоростью 0,5 л/мин. Тетраоксисилан подвергают термическому разложению с образо-ванием плёнки двуокиси кремния на поверхности кристаллов. В те-чение 8 минут образуется плёнка толщиной 1500 А. Кристалл, по-крытые окисной плёнкой, отжигают в вакууме при температуре 750 С в течение 2 часов. После этого процесс повторяют. Общая толщина плёнки 7500 А

При другом способе получения оксидной плёнки нагревают полупроводниковый кристалл в среде, содержащий окислительный газ, два или более газа, реагирующих друг с другом с образованием кремния. Эта смесь газов может включать в себя двуокись угле-рода, двуокись водорода и тетрахлорид кремния. Температура процесса получения плёнки 1250 С. Общая скорость течения газо-вой смеси 1 л/мин. Отношение двуокиси углерода и тетрахлорида кремния должно быть 0,8Ж0,15. В рабочей камере пара тетрахъ-лорида кремния и хлористого водорода. Кремний окисляется дву-окисью углерода и осаждается на полупроводниковую пластину. Скорость осаждения плёнки окиси кремния 0,4 мкм/мин.

Кроме того, защитные окисные плёнки кремния могут быть получены , с помощью электрического разряда в смеси тет-рахлорида кремния и озона. Тетрахлорид кремния и озон вводят в рабочую камеру в паровой фазе. Под действием электрического разряда происходит реакция тетрахлорида кремния с озоном. Процесс может проходить при комнатной температуре. Химиче-ская реакция идёт по формуле :

Для получения защитной плёнки пластины кремния или германия помещают в рабочую камеру и пропускают через нее ки-слород и аргон в течение 15-30 минут для очистки камеры от воздуха и влаги. Затем через пластину пропускают аргон, насы-щенный SiCl4 со скоростью 0,06 м3/ч и озон со скоростью 0,02 м3/ч. Процесс проводят в течение от 1 до 5 часов в зависимости от требуемой толщины плёнки. Скорость нанесения защитной плёнки 5 мкм/ч.

Химическое травление. Представляет интерес процесс создания окисной плёнки путём обработки поверхности сильными химическими окислителями. В качестве окислителей для германия и кремния используется смесь азотной и плавиковой кислоты. От-личие от кислотных травителей состоит в том, что азотная ки-слота присутствует в значительном избытке, и процесс окисле-ния поверхности полупроводника преобладает над процессом уда-ления окисной плёнки. Образующуюся плёнка имеет тёмно-синий цвет, большую плотность и толщину. Однако её стабилизирующие свойства очень чувствительны к режиму окисления, малейшие от-клонения от которого приводят к значительному ухудшению ис-ходных параметров приборов.

Анодное окисление. Метод анодного окисления позволяет преодолеть недостатки термического и химического окисления. Анодное окисление является одной из основных электродных реак-ций , управляющей процессом растворения полупроводника. Если в электролите отсутствует реагент, растворяющий окисную плён-ку, её толщина