Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

очень эффективны в качестве защит-ных для ионночувствительных поверхностей различных приборов.

Состав 8. Боратное стекло— наиболее перспективное, так как отличается низкой электропроводностью и малыми диэлек-трическими потерями, высокой механической прочностью, а так-же термической и климатической стойкостью. Боратное стекло имеет структуру, отличающуюся от структуры силикатных стё-кол, и способно выдерживать умеренные концентрации катионов (например, натрий до 0,1%), не увеличивая электропроводимость. Боратное стекло отвечает требованиям герметизации полупро-водниковых приборов: свободно от щелочных металлов, уплотня-ется (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 мо-гут включать окись бериллия и в небольших окись титана, цирко-ния, ниобия, лантана, церия, скандия, гафния, галлия, индия и их смеси. Эти составы стойки к расстёклыванию в широком диапа-зоне температур и обладают полной смешиваемостью составных частей.

В качестве примера можно привести следующий состав стекла этого типа: 22–25 % окиси кремния, 32–38% бората цин-ка, 12–20% окиси алюминия, 15–30% окиси цинка. Такое стекло об-ладает 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 табли-це 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 пропор-циях 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 поверх-ность полупроводникового кристалла в виде суспензии, мелких час-тичек 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 за-щитных плёнок могут быть получены при использовании в качест-ве жидкого компонента жидкости, имеющей диэлектрическую по-стоянную в интервале от 6 до 12. В качестве примера можно ре-комендовать смесь, состоящую из 10 куб. см изопропилового спир-та, 3 см3 вторичного бутилового спирта, 64 см3 третичного бути-лового спирта, 23 см3 бензина, и имеющую диэлектрическую по-стоянную равную 10.

Сплавление стеклянных частиц с поверхностью полупровод-никового материала происходит в течение 5-10 минут при темпе-ратуре на 25-80 С выше температуры размягчения стекла. После сплавления на поверхности кристалла образуется однородная, сво-бодная от пор, тонкая стеклянная плёнка.

Порошок стекла С-44-1 применяется для получения защит-ных диэлектрических плёнок в производстве гибридных и монолит-ных 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. Ди-электрическая 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, темпера-турный 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*SiO2 применяет-ся 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 превы-шают : 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 тако-го 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 кремние-вых 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 раз-мягчения 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. Мате-риал представляет собой куски стекла произвольной формы с раз-мерами не более 5 мм.

Стёкла С52-1 и С52-2 — боросиликатная композиции, об-ладающие химической стойкостью. Стекло С52-1 отличается от стекла С52-2 пониженным содержанием окиси алюминия. Увели-чение содержания окиси алюминия несколько снижает электриче-ское 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. Темпера-турный коэффициент стёкол одинаков и равен 52*10-7 1/С. Темпе-ратура размягчения соответственно ровна 585 и 580 С, термо-стойкость – 180 и 190 С, диэлектрическая проницаемость – 6 и 5,8, а тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 МГц ра-вен 40 и 45.

Операция нанесения стекла на поверхность полупроводни-ковых пластин или кристаллов хорошо вписывается в общий тех-нологический процесс изготовления приборов групповыми метода-ми, легко поддаются автоматизации и механизации. Защита полу-проводниковых приборов и интегральных схем стеклом часто про-водится комплексным методом, то есть стекло используют в со-четании с другими защитными покрытиями : плёнками окиси нит-рида кремния или окиси металлов , что позволяет добиться высо-ких электрических характеристик приборов.

Защита поверхности p-n-переходов силанированием.

В последнее время широкое применение получил метод сила-нирования, позволяющий добиться более надёжной защиты по-верхности p-n-переходов и стабилизации электрических парамет-ров . При силанировании на поверхности р-п-перехода получают тонкие плёнки , которые обладают высокой влаго- и газонепроницае-мостью, инвертностью к различным химическим реагентам., высокой адгезионной способностью. Термостойкостью (до 300 С) – главная от-личительная особенность плёнок. Наиболее перспективными являются диметил- и триметилземещённый силан. Недостатком метилзамещён-ных силанов являются выделение при силанировании хлористого водо-рода, 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. Су-ществует ряд способов нанесения силановых плёнок (при условии пред-варительного 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 использова-нии 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. Ис-пользуя способ силанирования р-п-переходов поргружением в растворы, можно устраивать некоторые недостатки двух других способов. Этот способ позволяет:

— регулировать концентрацию метилхлорсиланов;

— удалять продукты реакции из сферы реакции, подби-рая соответствующий растворитель;

— улучшать технологичность процесса, поскольку есть возможность вводить добавки, нейтрализующие соляную кислоту;

— создавать гомогенную среду для поликонденсации плёнки, так как в растворитель переходят продукты гидролиза.

В качестве растворителей обычно применяют ксилиол, толуол и бензол. Большое значение при создании силановой плёнки имеет толщи-на водного покрытия и стабильность давления паров воды над увлаж-няемой поверхностью. Кроме того, не меньшее влияние на толщину плёнки имеет структура поверхности, её химический состав, степень гидрофильность.

Силанирование не только закрепляет существующую структуру поверхности, но и в некоторых случаях улучшает электрические пара-метры переходов, поскольку при нанесении плёнок устраняются струк-турные дефекты поверхности..

Технологический процесс нанесения защитной силановой плёнки состоит в следующем. После травления в кислотном травителе и про-мывки в деонизированной воде кристаллы с р-п-переходами погружают в жидкость органозамещённого силана на время, в течение которого про-исходит