книги из ГПНТБ / Методы стабилизации параметров полупроводниковых приборов [сборник статей]

ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРНОГО п о к ры т и я НА СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕРМАНИЕВЫХ ПРИБОРОВ

Г. Г. АФАНАСЬЕВ. В. В. БАРТЕНЬЕВА

Одним из важнейших материалов, применяемых в произ­ водстве полупроводниковых приборов, является германий. Благодаря особенностям электрических свойств он ис­ пользуется в радиотехнике для изготовления диодов и трио­

верхностных электродных состояний. Они обусловлены собст­ венными дефектами материала и примесями на поверхности. Поверхностные атомы Ge имеют ненасыщенные связи и по­ этому обладают высокой химической активностью.

В большинстве случаев стабилизация поверхности Ge до стигается за счет создания окисной пленки, которая обра­ зуется при травлении поверхности. Однако после изготовле­ ния прибора окисная пленка продолжает нарастать, меняет­ ся ее состав и структура, что влечет за собой изменение по­ верхностного потенциала, скорости поверхностной рекомби­ нации. Все это приводит к ухудшению параметров германие­ вых транзисторов, уменьшению коэффициента усиления.

Нарушение адсорбционного равновесия между поверх­ ностью полупроводника и корпусом прибора в процессе эк­ сплуатации (когда прибор нагревается) объясняет так на­ зываемый «48-часовой эффект». Основную роль при этом иг­ рает гидратация и осушка окисла. Обезвоживание окисла приводит к сдвигу потенциала поверхности в сторону Р-ти- па. Во избежание этого некоторыми авторами предложено покрывать поверхность нитридами, сульфидами, насыщать защитную смолу мышьяком и т. п. [1], но пока проблема ста­ билизации приборов полностью не решена.

40

Нами разработана технология защиты окисной германие­ вой пленки смолой АС-7. Эта смола относится к классу по­ лиакрилатов и представляет собой сополимер амида метакриловой кислоты с метакрилатом. Она применяется для из­ готовления лакокрасочных покрытий, обладающих повышен­ ной тепло-, водо- и бензостойкостью. Полимерные пленки на основе АС-7 обладают низкой водо- и газопроницаемостью и устойчивы в условиях тропического климата. Эти качест­

ность германиевых приборов состояла из нескольких этапов. Первый этап — подбор оптимального времени термообработ­ ки полимерной пленки. Растворитель — циклогексанон об­

зультаты исследований показали, что оптимальным режимом термообработки следует считать:

1 час при 20°С,

2 час при 70°С,

19 час при 120°С.

Подобный режим позволяет полностью освободиться от раст­ ворителя и стабилизировать полимерную пленку.

Важным фактором, влияющим на надежность приборов, является время сушки приборов дюсле окисления (с учетом защиты окисной пленки смолой АС). На этой операции при­ боры выдерживались в течение 48, 72 и 96 час. Затем лаки­ ровались 10%-ным раствором АС-7 в циклогексаноне. Зала­ кированные приборы сушились в термостате и в дальнейшем проходили все производственные операции по технологичес­ кому циклу. Приборы, прошедшие технологический цикл, контролировались по уровням обратных токов при различ­ ных температурах. Результаты испытаний представлены на гистограмме (см. рис. 1), из которой видно, что наилучшие данные получены при сушке после окисления в тече­ ние 72 час.

41

P u t . . 2 . Гистограмма распределе­ ния приборов опытной партии по 1кэ после выдержки при 20* С: 1 — до выдержки; 2 — после 100 нас; 3 — после 300 ч а с ; 4 — после 500 ча с

43

УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ФОТОШАБЛОНОВ

ПУТЕМ ЗАЩИТЫ ИХ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНЫМИ ПЛЕНКАМИ .

Б. Л. ТОЛСТЫХ, Л. А. ПАРХОМЕНКО, Н. И. НАУМЕНКО

Наиболее 'прогрессивная планарная технология изготов­ ления полупроводниковых приборов строится на сочетании двух методов: диффузии и фотолитографии. С помощью диффузии точно задают толщину электронно-дырочного пе­ рехода и концентрацию примесей. Фотолитография позволя­ ет формировать переход в плоскости, получать необходимые размеры, конфигурацию. Экспонирование чаще всего осу­ ществляют контактным способом.

Одной из важнейших деталей контактной печати являет­ ся фотошаблон, определяющий качество контактной фото­ литографии. В настоящее время большое распространение получили металлизированные фотошаблоны, изготовление которых — сложный и дорогостоящий процесс. Основной причиной выхода их из строя является наличие дефектов на полупроводниковом материале (эпитаксиальные выступы, вилавления в кремнии и т. д.) [1]. Увеличение срока службы фотошаблонов является актуальной задачей тем более, что решение ее даст возможность повысить процент выхода год­

участками напыленного металла и иметь при этом высокую механическую прочность, особенно к истиранию. Делались попытки использовать защитные пленки на основе нитрида

•и моноокиси кремния [2]. Нанесение этих пленок проводилось на установке реактивного напыления в плазме низких энер­

45

гий. Срок службы фотошаблонов, защищенных этими плен­ ками, увеличивается в 1,5—2 раза. В то же время процесс нанесения их довольно сложен и значительно удорожает из­ готовление фотошаблонов.

В последнее время в ряде работ рассматриваются новые методы получения тонких пленок из органических соедине­ ний [3—10]. Особый интерес вызывают методы получения гонких полимерных пленок в газовой фазе путем полимери­ зации под действием электронов и в тлеющем разряде. Од­ нако процессы, протекающие при воздействии электронов и ионов на различные органические соединения, в технологи­ ческом отношении еще недостаточно изучены и доработаны.

Наиболее существенным недостатком является невоспронзводимость состава пленок, кроме того, встречаются за­ труднения в получении однородных по толщине покрытий.

Нами исследовалась возможность защиты рабочей поверх­ ности хромированных фотошаблонов полимерными пленка­ ми путем нанесения растворов полимеров на поверхность де­ талей с последующим центрифугированием. С этой целью был опробован целый ряд полимеров. Прозрачные тонкие пленки, стойкие к истиранию, были получены из растворов полиакрилонитрила, сополимера хлорированного поливинил­

факторы: концентрация связующего, режим термообработки, скорость центрифугирования. Защитное качество пленок оце­ нивалось количеством совмещений, сделанных одним фото­ шаблоном.

Нами установлено, что лишь при определенной концент­ рации полимеров (сы. табл.) возможно образование равно­ мерных по толщине пленок. Прислишком малой концентра­ ции раствор легко сбрасывается с поверхности детали, а с увеличением ее растекание раствора затрудняется. Рабочие свойства пленки должны проявляться . при толщине 0,5— 1 мкм, так как с увеличением толщины ухудшается резкость края.

Пленку полиэтилентерефталата нужной толщины полу­ чали двукратным наслаиванием. В результате довольно вы­ соких скоростей вращения растворитель испаряется и на по­ верхности фотошаблона остается прозрачный стеклообраз­ ный слой. Для полного удаления растворителя фотошаблоны прогревали.

46

1 а б л и ц а

Оптимальные условия получения тонких пленок различных полимеров

Режим термообработки выбирали в соответствии с термостойкостью полимеров таким образом, чтобы пленка была достаточно твердой, но оставалась растворимой на случай повторного перекрытия, фотошаблона. Для того чтобы в пленках не возникали внутренние напряжения, проводили медленный подъем и спад температуры. Сополимер I и поли­ акрилонитрил испытывались на первой фотолитографии, по-

гонких пленок к истиранию от температуры при времени

Рис. 1. Зависимость увеличения стойкости фотошаблонов от

термообработки пленки (первая фотолитография): ! -- по­ лиакрилонитрил: 2 — сополимер I

47

термообработки 2 час. Увеличение температуры и времени термообработки (см. рис. 3) до определенного оптимума по­ вышает прочность пленки, а затем пленка становится хруп­ кой и стойкость к истиранию резко падает.

Рис. 2. Зависимость увеличения стойкости фото­

шаблонов от термообработки пленки (вторая фо­ толитография) : 1 — полиэтилентерефталат; 2 — ~~

ноликапрамид

48

а

о

X

о

'О

«J

э

о

е-«

&

о

№

ь

о

щ

о

ай,

Количество совмеишииЯ

Рис. 4. Гауссовские кривые распределения фотошаб­

лонов по стойкости к истиранию (первая фотолитогра­ фия'): 1 — полиакрилонитрил; 2 — сополимер 1; 3 — тюлиэтилептереф гал.-vi

При эксплуатации фотошаблонов, защищенных полимер пыми пленками, было выяснено, что их долговечность увели­ чивается в 2—2,5 раза по сравнению с незащищенными.

На основании статистических данных были построены гаус­ совские кривые распределения для первой (см. рис. 4) и второй фотолитографий (см. рис. 5). Лучшие результаты по­ лучаются при покрытии фотошаблонов пленкой полиэтилентерефталата. Это покрытие внедрено в производство как наиболее технологичное и эффективное.

МЕТОДИКА ПРИГОТОВЛЕНИЯ И НАНЕСЕНИЯ РАСТВОРА ПОЛИЭТИЛЕ) П'ЕРЕФТАЛАТА

Навеску полимера растворяли в трикрезоле (концентра­ ция 0,75—1% вес) при перемешивании на магнитной ме­ шалке при 60°С. Затем раствор фильтровали через два плот­ ных бумажных фильтра.

Фотошаблон закрепляли в специально сконструированном зажиме центрифуги. На его поверхность пипеткой наливали 3—4 мл раствора, после чего с помощью электродвигателя