реферат бесплатно, курсовые работы
 
Главная | Карта сайта
реферат бесплатно, курсовые работы
РАЗДЕЛЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
ПАРТНЕРЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

реферат бесплатно, курсовые работы
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

плёнки двуокиси титана.

Другой способ титанирования заключается в замещении слоя окиси

германия на поверхности кристалла германия окисью титаната, которая

наносится в потоке фтора. Фтор, проходя по трубопроводу и насыщаясь

титаном, образует газообразный фторид титана, который реагирует с

поверхностью кристаллов, покрытий слоем окиси германия. В результате на

поверхности кристаллов образуется окись титана и парообразный фторид

германия.

Для защиты поверхностей p-n-переходов может быть использован нагрев

кристаллов при 1200 С в окисляющей атмосфере в присутствии ванадия или его

соединения. Ванадий находится в рабочей камере в виде порошкообразной

пятиокиси V2O5. Через рабочую камеру пропускают водяные пары, содержащие

кислород с парциальным давлением 3,3*103 Па. После получения плёнки

толщиной около 1 мкм лодочку с порошком V2O5 медленно выдвигают из печи.

Поверхность p-n-перходов защищают также плёнками окиси вольфрама,

наносимыми плазменными распылением в атмосфере кислорода. Толщина плёнок от

10 до 1000 нм. Давление кислорода в рабочей камере может быть выбрано в

диапазоне от 2,6*103 до6,6 Па. Катодом служит чашеобразный диск из

вольфрама, а анодом – полупроводниковые пластины с p-n-переходами.

Температура процесса не должна превышать 300 С. Напряжение на электродах от

выбранного давления газа внутри рабочей камеры не должно превышать 500 В.

Защита поверхности p-n-переходов плёнками нитрида кремния.

Нестабильность электрических параметров планарных структур вызвана

движением ионов щелочных металлов как внутри, так и на поверхности окисла.

Ионы щелочных металлов, особенно ионы натрия, обладают сравнительно большой

подвижностью (для Na при Т=200 С , м=10-12 см2/(В*с)) при повышенных

температурах движутся в электрическом поле.

Одним из способов повышения стабильности планарных приборов является

выращивание поверх слоя двуокиси кремния слоя Si3N4 или стекла. Стекло

связывает ионы натрия и препятствует их перемещению, а Si3N4 улучшает

изоляцию поверхности активных структур.

Для получения защитных плёнок нитрида кремния используются различные

методы, основанные на следующих реакциях взаимодействия : силана с

аммиаком, тетрахлорида кремния с аммиаком, силана с гидрозином,

тетрабромида кремния с азотом. Кроме того, используются методы катодного и

высокочастотного реактивного распыления.

Реакция взаимодействия SiH4 с NH3. Выращивание плёнок нитрида кремния

производится химическим взаимодействием в газовой среде силана с аммиаком.

Азотирование производится в кварцевой трубке при температурах 700–1100 С. В

трубу с током водорода с расходом 4 л/мин подают пары силана и аммиака в

соотношении 1:20. Избыток водорода препятствует преждевременному

разложению силана (температура разложения силана 500С). В результате

взаимодействия силана и аммиака на кремневой подложке образуется плёнка

нитрида:

3SiH4+4NH3 —>Si3N4+12 H2

Уменьшение скорости роста плёнки с увеличением температуры свыше 1000

С обусловлено недостаточным количеством силана вблизи подложки вследствие

его интенсивного разложения. Обычно плёнки имеют аморфную структуру, однако

в плёнках, выращенных при 1100С, наблюдаётся отдельные кристаллические

образования.

Реакция взаимодействия SiCl4 с NH3. При выращивании плёнок протекают

следующие реакции. На начальной стадии образуются диимид кремния:

SiCl4+^NH3–>Si(NH)2+4NH4Cl

При комнатной температуре реакция дальше не идёт, но происходит

полимеризация диимида. При нагреве подложки протекает реакция:

6Si(NH)2–>2Si3(NH3)N2–>3Si2(NH)N2–>2Si3N4

В результате образуются кристаллиты нитрида кремния. При температуре

1100–1200С получается полностью аморфная плёнка Si3N4. В толстых плёнках

Si3N4 (свыше 1 мкм) имеются трещины, плотность которых растёт с толщиной и

скоростью выращивания. Наличие трещин не только результат различия в

коэффициентах термического расширения, но и следствие структурной

неоднородности плёнки и подложки.

[pic]

Получение защитных пленок Si3N4 этим методом проводиться в

горизонтальной кварцевой трубе , в которую вводятся отдельно газовые

смеси. Температура внутри рабочей камеры поддерживается равной 10000С.

Температура всей остальной трубы поддерживается равной 375 С, чтобы

исключить конденсацию на поверхности трубы хлорида амония. Поток аммиака

подают в трубу со скоростью 10 л/мин, а тетрахлорид – со скоростью (1-2)*10-

3 моль/мин. Этот метод позволяет получить плёнки нитрида кремния,

обладающей хорошей адгезией к поверхности пластин. Скорость осаждения

плёнок Si3N4 зависит от соотношения между компонентами газовой смеси и

температуры. На рис в приведена зависимость скорости роста плёнки Si3N4 от

температуры для двух соотношений между SiCl4 и NH3 в реагирующей смеси.

Реакция взаимодействия SiH4 и N2H4. Вместо аммиака для получения

плёнок Si3N4 может быть использован гидразин N2H4.

При использовании аммиака температура осаждения пленок нитрида

кремния не может быть 750С . Применение гидразина позволяет снизить

температуру до 500С, так как гидразин разлагается при более низких

температурах, чем аммиак. Наносят плёнки в кварцевой трубе, через которую

пропускается водород, насыщенный гидразином. В эту смесь добавляют SiH4.

Концентрацию SiH4 и N2H4 можно выбирать в пределах от 1:0,5 до 1:10.

Скорость подачи газовой смеси в рабочую камеру 0,6 л/мин. Перед проведением

процесса гидразин очищают при комнатной температуре. На рис показана

зависимость скорости роста плёнок нитрида кремния от температуры для трёх

различных концентраций гидразина. Скорость осаждения плёнок Si3N4 начиная с

температуры750С остаётся постоянной, а при больших концентрациях гидразина

и температурах выше 1000С уменьшается.

Реакция взаимодействия SiBr4 и N2. Этот метод основан на реакции

взаимодействия между азотом и тетрабромидом кремния. Одним из основных

требований при получении пленки Si3N4 является предотвращении возможности

образовании в ней двуокиси кремния. Для этого азот перед смешиванием с

тетрабромидом кремния тщательно очищают от кислорода. Получают пленку Si3

N4 при температуре 9600 С. Скорость подачи реакционной смеси устанавливают

равной 100мл\мин. В течении часа на подложке осаждается пленка толщиной 10

мкм. На рисунке 39 показана схема установки для получения пленок нитрида

кремния.

Реактивное катодное распыление. При этом методе реакция между

кремнием и азотом происходит при низкой температуре окружающей среды с

помощью электрического разряда. Наносят защитные пленки нитрида кремния в

установках катодного распыления на постоянном токе с холодным или горячим

катодом. Качество пленок, получаемых этим методом, изменяется в зависимости

от условий осаждения. Для проведения процесса используют катод из

высокочистого кремния в виде плоской пластины большого диаметра. Этот катод

распыляют в смеси аргона и азота. Азот является реактивным газом, а аргон

используют для повышения эффективности распыления. Кремний взаимодействует

с кислородом лучше, чем с азотом, поэтому даже незначительное количество

кислорода в рабочих газах (N2 и Ar) приводит к образованию пленки окиси

кремния SiO2 на поверхности полупроводника. Обычно для катодного распыления

используют рабочие газы, прошедшие предварительную очистку от кислорода.

Получение защитных пленок Si3N4 проводят при давлениях в камере от

6,6*10*до 26 Па. Напряжение распыления может быть выбрано от 600 до 2500В,

а катодный ток-0,2*0,8мА\см2. Скорость роста пленки 10 нм\мин. Применение

катода с большей поверхностью позволяет получать пленки одинаковой

толщины(с разбросом, не превышающим 5%) одновременно на большом количестве

пластин или кристаллов.

[pic]

Высокочастотное реактивное распыление. Высокочастотное реактивное

распыление защитных пленок Si3N4 обладает рядом преимуществ: скорость по

сравнению с катодным распылением выше, а эффект бомбардировки

отрицательными частицами меньше. Кроме того, пленки, полученные в

высококачественном разряде, менее чувствительны к присутствию в рабочей

камере следов кислорода. Скорость осаждения при этом методе пропорциональна

мощности высокочастотного разряда и увеличивается с уменьшением расстояния

между мишенью и полупроводниковым кристаллом. Для создания плазмы внутри

рабочей камеры используют азот. Ионы азота, ударяясь о кремниевую мишень,

распыляют кремний. Атомы кремния, вылетевшие из мишени, вступают в реакцию

с азотом. В результате этой реакции образуется нитрид кремния, который

осаждается на полупроводниковом кристалле (подложке). Оптимальное давление

азота в рабочей камере 1,3 – 0,13 Па.

Свойства защитных плёнок Si3N4 зависят от P/S, то есть от количества

энергии, приходящейся в единицу времени на единицу поверхности мишени. В

качестве травления для плёнок нитрида кремния используют состав из семи

частей смеси 4%-го водного раствора NH4F и одной части 49%-ой HF. Скорость

осаждения плёнок возрастает с увеличением P/S и приблизительно

пропорционально квадрату P/S. Скорость травления, наоборот, уменьшается с

возрастанием P/S.

Защита p-n-переходов легкоплавкими стеклами

Для защиты полупроводниковых приборов функциональные поверхности

активных элементов p-n-переходов защищают слоем стекла, который связывает

мигрирующие ионы, улучшает надежность приборов и герметизирует переход от

внешних воздействий. Стеклом защищают большинство типов p-n-переходов:

планарные, сплавные, диффузионные, так как окисная пленка полностью их не

защищает от проникновения влаги . Состав стекла выбирают в зависимости от

типа прибора и режима его сборки. КТР стекла и рабочая температура

изменяются в зависимости от исходных компонентов.

Слой защитного стекла наносят как на чистую поверхность

полупроводника с p-n-переходом, так и на слой окисла или пассивированную

поверхность. Кроме того, стеклом защищают готовые диоды и транзисторы. В

этом случае для укреплении всей структуры прибора стекло наносят на часть

металлических выводов, смежных с полупроводниковым материалом. Пленка

стекла защищает от утечек тока по поверхности, а также служит в качестве

эффективных химического и механического барьеров против миграции примесных

ионов в пассивированный слой полупроводника. Действие легкоплавких стекол

не ограничивается простой защитой от внешних воздействий. Стекло в жидком

состоянии действует как гетер металлических ионов, оставшихся на

поверхности кристалла.

Ниже приведены некоторые составы легкоплавких стекол, применяемых для

защиты p-n-переходов.

Состав1. Халькогенидное стекло, которое содержит 24% мышьяка, 67%

серы, 9% йода. Готовят это стекло в нейтральной атмосфере при 500-6000С, а

наносят на кристалл при 250-3000С в течении 1 мин.

Состав 2. Стекло, которое содержит модификатор, кремнезем и соли

борной кислоты. Модификатор состоит из окиси алюминия с концентрацией 5-24%

и цинка или кадмия, а также может включать окись бериллия. Общая

концентрация модификатора в стекле не должна превышать 40%.

Состав 3. Боросиликатное стекло. Которое содержит 80 % оксида

кремния, 14 % окиси бора и 6% вольфрама. Стекло наносят испарением в

вакууме при 200 С и образующая плёнка обладает большой механической

прочностью и высокой стойкостью к термоциклированию в диапазоне

температуре от –196 до +100 С без проявления микротрещин.

Состав 4. Стеклянную плёнку на поверхности полупроводникового

кристалла создают нагреванием его в течение 1-3 ч при температуре 400–700 С

в среде, содержащей кислород, пары окислов или галоидов свинца, сурьмы и

других металлов. Внедрение атомов свинца или сурьмы в решётку O–Si–O или

O–Ge–O ослабляет процесс окисления поверхности кристалла с образованием

плёнки стекла.

Состав 5. Для защиты кремниевых приборов используют порошкообразное

стекло , состоящие из 50% окиси свинца, 40 % окиси кремния и 10% окиси

алюминия, а для защиты германиевых приборов — 60% окиси свинца, 30% окиси

кремния и 10% окиси алюминия. Состав приготавливают из суспензии в

дистиллированной воде, наносят на поверхность кристалла и сплавляют при

температуре 1000 С. Наносят стекло методами центрофугирования, седиментации

суспензии или осаждения из паровой фазы.

Состав 6. На поверхность полупроводникового кристалла наносят смесь

микропорошков со спиртом или другим летучим наполнителем, которая включает

70% окиси кремния, 20% окиси бора, 5% окиси лития, натрия или калия, 5%

окиси алюминия или свинца. После термообработки в вакууме при температуре

300 С в ткчение15 минут образуется стеклообразная плёнка толщиной 1 мкм, на

поверхности которой разложением этилокремниевой кислоты наращивается плёнка

окиси кремния, которую сплавляют с нижним слоев стекла при темературе

700–900 С . В результате образуется стеклянная плёнка, имеющая следующий

состав: 80% окиси кремния, 18% окиси бора, 2% щелочных метал0лов и окислов

типа Al2O3 или PbO.

Состав 7. На поверхность кремния наносят окисный слой Al2O3*SiО2, а

на него осаждают соединение типа Ai( OcnH2n+1)*Si(OcnH2n+1), где n=

1,2,3,4. При нанесение плёнок стекла на окислые слои толщиной менее 200нм

возможно проникновение ионов из стекла через окисный слой к поверхности р-п-

перехода, чувствительной к их воздействию. По мере проникновения ионов к

поверхности р-п-перехода, на этой поверхности могут возникать каналы,

которые увеличивают нестабильность приборов, поэтому эти стеклянные плёнки

не очень эффективны в качестве защитных для ионночувствительных

поверхностей различных приборов.

Состав 8. Боратное стекло— наиболее перспективное, так как отличается

низкой электропроводностью и малыми диэлектрическими потерями, высокой

механической прочностью, а также термической и климатической стойкостью.

Боратное стекло имеет структуру, отличающуюся от структуры силикатных

стёкол, и способно выдерживать умеренные концентрации катионов (например,

натрий до 0,1%), не увеличивая электропроводимость. Боратное стекло

отвечает требованиям герметизации полупроводниковых приборов: свободно от

щелочных металлов, уплотняется (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 могут включать окись

бериллия и в небольших окись титана, циркония, ниобия, лантана, церия,

скандия, гафния, галлия, индия и их смеси. Эти составы стойки к

расстёклыванию в широком диапазоне температур и обладают полной

смешиваемостью составных частей.

В качестве примера можно привести следующий состав стекла этого типа:

22–25 % окиси кремния, 32–38% бората цинка, 12–20% окиси алюминия, 15–30%

окиси цинка. Такое стекло обладает 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 таблице 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 пропорциях 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 поверхность полупроводникового кристалла в

виде суспензии, мелких частичек 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 защитных плёнок

могут быть получены при использовании в качестве жидкого компонента

жидкости, имеющей диэлектрическую постоянную в интервале от 6 до 12. В

качестве примера можно рекомендовать смесь, состоящую из 10 куб. см

изопропилового спирта, 3 см3 вторичного бутилового спирта, 64 см3

третичного бутилового спирта, 23 см3 бензина, и имеющую диэлектрическую

постоянную равную 10.

Сплавление стеклянных частиц с поверхностью полупроводникового

материала происходит в течение 5-10 минут при температуре на 25-80 С выше

температуры размягчения стекла. После сплавления на поверхности кристалла

образуется однородная, свободная от пор, тонкая стеклянная плёнка.

Порошок стекла С-44-1 применяется для получения защитных

диэлектрических плёнок в производстве гибридных и монолитных 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. Диэлектрическая 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, температурный 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 применяется 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

превышают : 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 такого 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 кремниевых 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 размягчения 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. Материал представляет собой

куски стекла произвольной формы с размерами не более 5 мм.

Стёкла С52-1 и С52-2 — боросиликатная композиции, обладающие

химической стойкостью. Стекло С52-1 отличается от стекла С52-2 пониженным

содержанием окиси алюминия. Увеличение содержания окиси алюминия несколько

снижает электрическое 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. Температурный коэффициент стёкол одинаков и равен 52*10-7 1/С.

Температура размягчения соответственно ровна 585 и 580 С, термостойкость –

180 и 190 С, диэлектрическая проницаемость – 6 и 5,8, а тангенс угла

диэлектрических потерь на частоте 1 МГц равен 40 и 45.

Операция нанесения стекла на поверхность полупроводниковых пластин

или кристаллов хорошо вписывается в общий технологический процесс

изготовления приборов групповыми методами, легко поддаются автоматизации и

механизации. Защита полупроводниковых приборов и интегральных схем стеклом

часто проводится комплексным методом, то есть стекло используют в сочетании

с другими защитными покрытиями : плёнками окиси нитрида кремния или окиси

металлов , что позволяет добиться высоких электрических характеристик

приборов.

Защита поверхности p-n-переходов силанированием.

В последнее время широкое применение получил метод силанирования,

позволяющий добиться более надёжной защиты поверхности p-n-переходов и

стабилизации электрических параметров . При силанировании на поверхности р-

п-перехода получают тонкие плёнки , которые обладают высокой влаго- и

газонепроницаемостью, инвертностью к различным химическим реагентам.,

высокой адгезионной способностью. Термостойкостью (до 300 С) – главная

отличительная особенность плёнок. Наиболее перспективными являются диметил-

и триметилземещённый силан. Недостатком метилзамещённых силанов являются

выделение при силанировании хлористого водорода, 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. Существует

ряд способов нанесения силановых плёнок (при условии предварительного

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7


реферат бесплатно, курсовые работы
НОВОСТИ реферат бесплатно, курсовые работы
реферат бесплатно, курсовые работы
ВХОД реферат бесплатно, курсовые работы
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

реферат бесплатно, курсовые работы    
реферат бесплатно, курсовые работы
ТЕГИ реферат бесплатно, курсовые работы

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.