4.12.1.2 Кварцевое стекло

Из обычного стекла совершенно невозможно сделать оснастку для химической обработки п/п даже при комнатной температуре. Для этой цели используется кварцевое стекло, состоящее из 99,99% и более SiO₂. Кроме чистоты, это стекло обладает высокой нагревостойкостью в течение нескольких часов при 1700°К, предельно низкий ТКЛР – 5*10^-7К^-1 гарантирует стойкость кварца к термоударам. В п/п технологии кварцевое стекло широко применяется в виде труб, тиглей (при выращивании монокристаллических слитков Si) и реакторов (при выращивании эпитаксиалных слоев Si) с толщиной стенок около 3…5 мм. Кварц может использоваться и в качестве подложек ГИС СВЧ. Недостатки: наиболее дорогое среди силикатных стекол, низкий срок службы, вследствии частичной кристаллизации, расстекловывания (мутнеет) и низкой механической прочностью.

Большое значение имеет кварцевое стекло в виде аморфных пленок, образующихся непосредственно на поверхности Si – т.е. пленки собственного оксида. Они обладают защитными свойствами, маскирующим при диффузиях, изолирующим отдельные элементы схемы, является единственным диэлектриком для МДП-транзисторов. Недостаток – проницаемость для ионов Na (за секунду проходит до 1 мкм).

4.12.2 Ситаллы

Ситаллы – отличаются от стекол тем, что имеют кристаллическое строение, то есть ситаллы – это стеклокристаллические материалы, получаемые путем специальной термообработки стекла, приводящей к его частичной кристаллизации. В стекломассу вводят тонкодисперсионные примеси (Ag, Cu, Al, Au) для образования центров кристаллизации. Ситаллы состоят из мелких кристаллических зерен 1 мкм, скрепленных стекловидной прослойкой: содержание кристаллической фазы 95%. Ситаллы не прозрачны или частично пропускают свет. В зависимости от способа изготовления ситаллы разделяют на фотоситаллы и термоситаллы. Фотоситаллы получают облучением ультрафиолетовым излучением изделий из стекла, содержащих ионы светочувствительных металлов, в результате чего происходит фотохимический процесс восстановления ионов Ag , Cu , Au , способствующих образованию зародышей кристаллизации. После облучения изделие подвергают термообработке. Если облучать не всю поверхность изделия, а определенные участки в виде отверстий, то эти облученные участки при термообработке закристаллизовываются, и они значительно легче растворяются в кислотах и таким образом можно получить отверстия, выемки и так далее.

По назначению ситаллы разделяются на установочные и конденсаторные. Установочный ситалл широко используется в качестве подложек ГИС, тонкопленочных резисторов, деталей СВЧ-приборов и электронных ламп. Ситаллы конденсаторные имеют Eпр больше, чем у керамических конденсаторов.

Термоситалл получается из стекол системы Mg-Al₂O₃–SiO₂, CaO-Al₂O₃-SiO₂ с введением в шихту тонко измельченных TiO₂, FeS, ZrO₂, которые при варке стекла растворяются и при охлаждении стекломассы образуют центры кристаллизации. Охлажденное изделие вновь нагревают в две стадии. На первой стадии при Т = 500-700 С < T размягчения образуются и растут кристаллические зародыши фторидов, сульфидов, они создают как бы каркас, упрочняющий изделие и препятствующий при дальнейшем повышении температуры его деформации; на второй стадии Т увеличивается до 200- 1100 С и выдерживаются изделие для того, чтобы закристаллизовать стекловидную фазу. По своей структуре термоситаллы напоминают фарфор.