Силанирането не само фиксира съществуващата повърхностна структура, но също така в някои случаи подобрява електрическите параметри на преходите, тъй като по време на нанасянефилми, структурните повърхностни дефекти се елиминират
Технологичният процес на нанасяне на защитен силанов филм е както следва. След ецване в киселинно ецващо устройство и измиване в дейонизирана вода, кристали с p-n преходи се потапят в органо-заместена силанова течност за време, през което повърхността е напълно намокрена. Обикновено се използва смес от метилхлоросилан и две части триметилхлоросилан. Реакцията на тази смес с влагата, присъстваща на повърхността на силициевия кристал, причинява разлагането на солната киселина и образуването на тънък защитен филм.
Разновидност на силановия процес е производството на защитни филми чрез пиролитично отлагане на органосилициеви съединения. Кристалите се поставят в молибденова лодка, разположена върху нагревател в кварцова реакционна тръба, през която се пропуска хелий, предварително наситен с тетраетоксимонозилан. Температурата на нагревателя се поддържа на 800 s. Скоростта на преминаване на газовата смес през плочите с pn преходи се избира от 50 до 60 m/h. Дебелината на изолационния филм е 25 000 A. Скоростта на растеж на филма е 800 A/min.
След това се нанася втори слой изолационен филм чрез преминаване на хелий през съд, съдържащ течен етилтриетоксисилан. Сместа се подава през реакционната тръба в продължение на 5 минути при температура 800 С. Дебелината на второто защитно покритие е 2000 А. Скоростта на растеж на втория слой е избрана да бъде 400 А/мин.
По този начин, едно от основните предимства на метода на силанизиране пред метода за защита на връзките с лакове и емайллакове е възможността за химическо свързване на защитния филм към повърхността на p-n прехода. Това осигурява не само надеждна адхезия, но също така ви позволява да елиминирате някои структурни нарушения на повърхността, което допринася за забележимо подобрениеелектрически параметри на преходите.
Защита на повърхности на pn преход чрез окисление.
Понастоящем окисляването се счита за най-обещаващия метод за защита на повърхността на pn преходите. Реалната повърхност на германий и силиций след ецване и излагане на въздух е покрита с оксиден филм, но въпреки факта, че германиевите и силициевите оксиди имат добри диелектрични свойства и са потенциално подходящи за защита на преходната повърхност, полученият филм е много чувствителен към околната среда и не може да служи като пасивиращо покритие. За защита могат да се използват само достатъчно дебели оксидни филми, получени чрез растеж. Проблемът за получаване на стабилен филм от германиев диоксид е доста сложен. По-просто, оксидните филми се получават върху силиций.
Има четири основни метода за отглеждане на оксидни филми върху силициеви пластини и кристали за стабилизиране на техните повърхностни свойства:
1. термична култивация;
2. пиролитично окисление;
3. химично окисляване;
4. анодно оксидиране;
Термичен растеж.Фолиото за прозорци се отглежда върху повърхността на силиций, най-често по метода на отворена тръба. Напълно пречистен азот, навлажнен с водна пара, преминава през дейонизирана вода, откъдето постъпва в тръбата, където във високотемпературната зона на пещта (1100–1300 C) се намират силициеви пластини. За да се създаде перфектен филм от диоксид, плочите са механично или химически полирани преди оксидиране.
В друг случай окислението се извършва в атмосфера (по-често и в поток) от чист кислород, специално пречистен атмосферен въздух или водна пара. Фигурата показва температурната зависимост на дебелината на филма от h на скоростта на растеж на SiO2 филма. Както можете да видите, тя имаекспоненциален характер.
Растежът на филм от силициев диоксид при различни условия се описва с израза:
където h е дебелината на филма; t е време; k е константа, определена от налягане и температура; m е показателят;
Ако окислението се извършва в чист кислород или водна пара, m=2. Филмът, отглеждан в кислород, има по-съвършена структура.
Окисляването често се използва в три етапа: в изсушен, навлажнен (за ускоряване на процеса) и отново в изсушен кислород. Въпреки това, граничната дебелина на термично отглеждания оксиден филм не надвишава 1,5 µm. По-дебелите филми имат пукнатини. За практически цели се използват филми от силициев диоксид с дебелина 0,2–1,2 µm.
Когато се използва водна пара под налягане, скоростта на растеж на оксидния филм се увеличава. След ецване и промиване, кристалите с p-n преходи се обработват в продължение на 15 минути в азотна киселина при температура 100 ° С и се сушат на въздух. След това кристалите се окисляват при температура 650 С и налягане на водните пари 50 атм в продължение на 2 часа. В резултат на това върху повърхността на плочата се образува защитен оксиден филм с дебелина 3000 А.
Възможно е да се получи оксиден филм в среда от водна пара при температура 1200 С за 5 часа при атмосферно налягане. След окисляването водните пари се заменят с инертен газ, който преминава през плочите за 1 час при същата температура. Филмът се получава с дебелина 20 000А.
Пиролитично окисляване.Описаната технология за създаване на защитни оксидни филми е неподходяща за германий, тъй като филмът от германиев диоксид е нестабилен и не може да служи като надеждна защита срещу дифузия. Още при 700 C германиевият диоксид в инертна или редуцираща среда реагира с обема, образувайки летлив моноксид.
Нагряване в окислителсреда при температура 700 С причинява разрушаване на филма Ge2O. За защита на pn преходите филмите от силициев оксид се отглеждат върху германиеви пластини. Широко използвани са защитни филми от силициев оксид, отгледан върху германий чрез термично разлагане на силициеви гранични съединения. Покритието, образувано по време на пиролитичното разлагане на органооксисиланите, е много лесно за нанасяне, има добра механична устойчивост и лесно се отстранява чрез ецване във флуороводородна киселина.
Потокът от пречистен аргон 1 преминава през пещта. Когато температурата се повиши до 700 ° C, аргонът преминава през органооксисилан 2, чиито пари се разлагат в работната камера 3, а върху германиевите плочи 5 се отлага слой от силициев диоксид. При достигане на необходимата дебелина на филма се въвежда отново чист аргон и пещите се изключват. При 200°С плочите се отстраняват.
Същата технология може да се използва за защита на връзките електрон-дупка върху пластини от галиев арсенид.
Поради сравнително ниската температура на процеса, пиролитичният растеж на филм от силициев диоксид е незаменим в случаите, когато структури с дадено разпределение на примеси са подложени на окисляване. Въздействието на висока температура (в случай на термично окисление) причинява забележима дифузия на примеси и промяна в свойствата на структурата, поради което в момента се отглежда филм от пиролитичен оксид и върху силиций. Понякога се прави комбинирано покритие: пиролитичен оксид се отлага върху термично отгледан слой от силициев оксид.
Получаването на защитен филм върху кристали с pn преходи се състои в отлагане на слой SiO2 от парната фаза. Кристалите с pn преходи се нагряват до температура 700 s. През тръбата се пропускат кислород и тетраоксисилан със скорост 0,5 l/min. Тетраоксисиланът се разлага термично собразуването на филм от силициев диоксид върху повърхността на кристалите. В рамките на 8 минути се образува филм с дебелина 1500 А. Кристалът, покрит с оксиден филм, се отгрява във вакуум при температура 750 С в продължение на 2 часа. След това процесът се повтаря. Обща дебелина на филма 7500 A
При друг метод за получаване на оксиден филм, полупроводников кристал се нагрява в среда, съдържаща окислителен газ, два или повече газа, които реагират един с друг, за да образуват силиций. Тази смес от газове може да включва въглероден диоксид, водороден диоксид и силициев тетрахлорид. Температурата на процеса на производство на филма е 1250 C. Общият дебит на газовата смес е 1 l/min. Съотношението на въглероден диоксид и силициев тетрахлорид трябва да бъде 0,8x0,15. В работната камера двойка силициев тетрахлорид и хлороводород. Силицият се окислява с въглероден диоксид и се отлага върху полупроводникова пластина. Скоростта на отлагане на филма от силициев оксид е 0,4 µm/min.
Подобни есета от раздел "Технологии"
|