Силанування не тільки закріплює існуючу структуру поверхні, а й у деяких випадках покращує електричні параметри переходів, оскільки при нанесенніплівок усуваються структурні дефекти поверхні
Технологічний процес нанесення захисної силанової плівки полягає у наступному. Після травлення в кислотному травнику та промивання в деонізованій воді кристали з р-п-переходами занурюють у рідину органозаміщеного силану на час, протягом якого відбувається повне змочування поверхні. Зазвичай використовують суміш метилхлорсилану та двох частин триметилхлорсилану. Реакція цієї суміші у вологою, яка є на поверхні кремнієвого кристала, викликає розкладання соляної кислоти та утворення тонкої захисної плівки.
Різновидом процесу силанування є одержання захисних плівок піролітичним осадженням органокремнієвих сполук. Кристали поміщають у молібденовий човник, розташований на нагрівачі в кварцовій реакційній трубі, через яку пропускають гелій, попередньо насичений тетраетоксимоносіланом. Температура нагрівача підтримується 800 с. Швидкість пропускання газової суміші над пластинами з р-п-переходами вибирають від 50 до 60 м/год. Товщина ізолюючої плівки 25000 А. Швидкість вирощування плівок 800 А/хв.
Потім наносять другий шар ізоляційної плівки, пропускаючи гелій через посудину, що містить рідкий етилтріетоксисілан. Суміш подають через реакційну трубу протягом 5 хвилин за температури 800 С. Товщина другого захисного покриття 2000 А. Швидкість вирощування другого шару вибирають рівною 400 А/хв.
Таким чином, однією з основних переваг методу силанування перед методом захисту переходів лаками та емалями є можливість хімічного зв'язування захисної плівки з поверхнею р-п-переходу. Це забезпечує не тільки надійну адгезію, але й дозволяє усунути деякі структурні порушення поверхні, що сприяє помітному покращеннюелектричні параметри переходів.
Захист поверхні р-п-переходів окисленням.
Окислення вважається нині найбільш перспективним методом захисту поверхні р-п-переходів. Реальна поверхня германію і кремнію після травлення при витримці на повітрі покривається плівкою оксиду, проте, незважаючи на те, що оксиди германію і кремнію володіють хорошими діелектричними властивостями і потенційно придатні для захисту поверхні переходів, плівка, що утворюється дуже чутлива до навколишнього середовища і не може служити пасивуючим покриттям . Для захисту можуть бути використані лише досить товсті окисні плівки, які отримують вирощуванням. Завдання отримання стабільної плівки двоокису германію є досить складним. Простіше окисні плівки отримують на кремнії.
Відомі чотири основні способи вирощування окисних плівок на кремнієвих пластинах і кристалах для стабілізації їх поверхневих властивостей:
1. термічне вирощування;
2. піролітичне окосіння;
3. хімічне окиснення;
4. анодне окиснення;
Термічне вирощування.Вирощують плівку на поверхні кремнію найчастіше методом відкритої труби. Ретельно очищений азот, зволожений водяними парами, прорухають через деіонізовану воду, звідки він потрапляє в трубу, де у високотемпературній зоні печі (1100-1300 С) знаходяться пластини кремнію. Для створення скоєної плівки двоокису пластини перед окисненням механічно або хімічно полірують.
В іншому випадку окислення ведуть в атмосфері (найчастіше також у потоці) чистого кисню, спеціально очищеного атмосферного повітря або водяної пари. На рис показано залежність товщини плівки від швидкості росту плівки SiO2 від температури. Як видно, вона маєекспонентний характер.
Зростання плівки двоокису кремнію в різних умовах описується виразом:
де h - Товщина плівки; t – час; k-константа, що визначається тиском і температурою; m-показник ступеня;
Якщо окиснення ведуть у чистому кисні або парах води, m=2. Плівка, вирощена в кисні, має досконалішу структуру.
Часто використовують окислення в три стадії: в осушеному, у зволоженому (для прискорення процесу) і знову в осушеному кисні. Однак гранична товщина термічно вирощеної окисної плівки не перевищує 1,5 мкм. Товстіші плівки мають тріщини. Для практичних цілей використовують плівки двоокису кремнію завтовшки 0,2-1,2 мкм.
При використанні водяної пари під тиском швидкість вирощування окисної плівки зростає. Після травлення та промивання кристали з р-п-переходами обробляють протягом 15 хвилин азотної кислоти при температурі 100 С і сушать на повітрі. Потім кристали окислюють при температурі 650 С і тиск водяної пари 50 ат протягом 2 годин. У результаті поверхні пластини утворюється захисна окисная плівка товщиною 3000 А.
Отримувати окисну плівку в середовищі водяної пари можна за температури 1200 С протягом 5 годин при атмосферному тиску. Після оксидування водяну пару замінюють інертним газом, який пропускають через пластини протягом 1 години при тій же температурі. Плівку одержують товщиною 20 000А.
Піролітичне окислення.Описана технологія створення захисних окисних плівок непридатна для германію, оскільки плівка двоокису германію нестабільна і не може бути надійним захистом проти дифузії. Вже при 700 С двоокис германію в інертному або відновному середовищі реагує з об'ємом, утворюючи летючий моноокис.
Нагрів в окислювальнійсередовищі при температурі 700 ° С викликає руйнування плівки Ge2O. Для захисту р-п-переходів на германієвих пластинах вирощують плівки окису кремнію. Широкого поширення набули захисні плівки окису кремнію, які вирощуються на германії методом терморозпаду кремнійогранічних сполук. Покриття, що утворюється при піролітичному розкладанні органооксисиланов, наноситься дуже просто, має гарну механічну стійкість і легко видаляється при травленні в плавиковій кислоті.
Потік очищеного аргону 1 проходить через піч. Коли температура піднімається до 700 аргон пропускають через органооксисилан 2, пари якого розкладаються в робочій камері 3, і на пластинах 5 германію осаджується шар двоокису кремнію. Коли необхідної товщини плівки досягнуто, знову пускають чистий аргон і відключають печі. При 200 З пластини виймають.
Цю ж технологію можна використовувати для захисту електронно-діркових переходів на пластинах арсеніду галію.
Піролітне нарощування плівки двоокису кремнію внаслідок порівняно низької температури процесу незамінне в тих випадках, коли окислення піддаються структури із заданим розподілом домішки. Вплив високої температури (у разі термічного окиснення) викликає помітну дифузію домішок та зміну властивостей структури, тому піролітичну плівку окису вирощують в даний час і на кремнії. Іноді роблять комбіноване покриття: на термічно вирощений шар окису кремнію беруть в облогу піролітичний оксид.
Отримання захисної пінки на кристалах з р-п-переходами полягає в осадженні шару SiO2 з парової фази. Кристали з р-п переходами нагрівають до температури 700 с. Через трубу пропускають кисень та тетраоксисилан зі швидкістю 0,5 л/хв. Тетраоксисилан піддають термічного розкладанняутворенням плівки двоокису кремнію на поверхні кристалів. Протягом 8 хвилин утворюється плівка завтовшки 1500 А. Кристал, покриті окисною плівкою, відпалюють у вакуумі при температурі 750 С протягом 2 годин. Після цього процес повторюють. Загальна товщина плівки 7500 А
При іншому способі отримання оксидної плівки нагрівають напівпровідниковий кристал у середовищі, що містить окисний газ, два або більше газу, що реагують один з одним з утворенням кремнію. Ця суміш газів може включати в себе двоокис вуглецю, двоокис водню і тетрахлорид кремнію. Температура процесу одержання плівки 1250 С. Загальна швидкість перебігу газової суміші 1 л/хв. Відношення двоокису вуглецю та тетрахлориду кремнію повинне бути 0,8Ж0,15. У робочій камері пара тетрах'лориду кремнію та хлористого водню. Кремній окислюється двоокисом вуглецю і осідає на напівпровідникову пластину. Швидкість осадження плівки окису кремнію 0,4 мкм/хв.
Схожі реферати з розділу "Технологія"
|