3.3.5. Стеклопассивация.

Вследствие не полной герметичности пластмассового корпуса использование для защиты p-n переходов традиционных материалов – кремнийорганических компаундов, лаков и эмалей, в данном случае, весьма проблематично. Поэтому используется многокомпонентное бесщелочное стекло.

Применяются:

бромсиликатные стекла (окись цинка, окись Si, окись В, окись Al, окись Cd – пленка 1- 20 мкм)

алюмосиликатные стекла (SiO₂ и Al₂O₃ с добавками BaO, CaO, Na₂O. 3 – 15 мкм)

халькогенидные стекла (тройные композиции As-S-Tl, As-Se-TL ≥ 3 – мкм)

свинцово-силикатные стекла (PbO, SiO₂ и Al₂O₃ 3 – мкм).

Способы приготовления стекла:

расплав свинцовосиликатного стекла очень агрессивен и в процессе варки разъедает даже платиновые тигли, поэтому их варят чаще в высокоглиноземных тиглях. Температура варки 1400 – 1500ºС в течение 2 - 3 часов, а так как свинцовые стекла при варке могут восстанавливаться, то процесс ведут в окислительной атмосфере.

Для приготовления стекла используется 3 р – ра: солей Pb и Al в воде, ТЭОСа в этаноле и 25% р – р аммиака. При сливании р – ров образуется гель гидроокисей Pb, Al, и Si, который выпадает в осадок. Осадок высушивается и затем прокаливается в окислительной среде, препятствующей восстановлению металлов.

Происходящие при приготовлении стекловещества р – рным способом, химические реакции можно представить в следующем виде:

Si(OC₂H₅)₄ + H₂O → H₂SiO₄↓ + C₂H₅OH → H₂SiO₄ → SiO₂ (600 – 2000 ºC)

Al(NO₃)₃ + 3NH₄OH → Al(OH)₃↓ + 3NH₄NO₃ → Al(OH)₃ → Al₂O₃ (600 – 800 ºC)

Pb(NO₃)₂ + 2NH₄OH → Pb(OH)₂↓ + 2NH₄NO₃ → Pb(OH)₂ → PbO (600 – 800 ºC)

Методы нанесения стекла.

Известно несколько методов нанесения стеклопорошка на защищенную поверхность при стеклопассивации полупроводниковых элементов: метод трафаретной печати, осаждение из жидкой суспензии центрифугированием, намазка, нанесение стеклофоторезиста, нанесение при помощи катофороза.

Метод трафаретной печати заключается в продавливании особо приготовленной стеклопасты через отверстия трафарета на подложку, которая удерживается на предметном столике при помощи вакуума. Процесс требует применения пасты сложного состава, специального оборудования и точной остнастки.

Осаждение из жидкой суспензии стела центрифугированием заключается в том, что полупроводниковая пластина располагается на вращательном столике центрифуги и на эту пластинку наносится необходимая доза суспензии стеклопорошка, которая покрывает поверхность пластины.

Метод намазки наиболее примитивен и распространен как лабораторный процесс.

Нанесение стекла с использованием фоторезиста заключается в следующем. В раствор фоторезиста вводится определенное количество мелкодисперсного порошка. Приготовленный таким образом стеклофоторезист наносится на поверхность полупроводниковой пластины одним из известных способов. После экспонирования рисунка, ненужные части его вымываются при проявлении.

Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки.

Существуют три цикла высокотемпературной обработки:

I – при 600 ºС. Требуется для выжигания связей вещества и спекания стеклопорошка, для чего надо удаление связей вещества, остатков жидкой фазы суспензии необходимо для того, чтобы при рабочих температурах на элементе не возникали большие токи утечки, которые могут привести к выходу прибора из строя.

II – при ≈ 900ºС. Необходимо для расплава стекломассы и получения равномерного сплошного слоя стекла на покрываемой поверхности полупроводникового элемента. Неравномерное покрытие отрицательно сказывается на механических свойствах покрытия.

III – при ≈ 600 ºС. Отжиг. Является наиболее важной в технологии пасивации операцией и необходим для стабилизации слоя оплавленного стекла, то есть снятия механических напряжений. Нарушение цикла отжига обычно вызывает излишнюю хрупкость пластин кремния и приводит к образованию микротрещин на границе раздела Si-стекло во время последующих обработок.

Важными составляющими, влияющими на режим оплавления, является первоначальный состав стекла, размер его зерна в порошке, метод напыления, вязкость расплава.