Стекло для структур кремний-на-изоляторе

 

Использование: для диэлектрической изоляции активных элементов кремниевых интегральных схем и создания структур кремний-на-изоляторе (КНИ) и кремниевых структур с диэлектрической изоляцией (КСДИ). Стекло для структур кремний-на-изоляторе имеет следующий состав, в мас.%: оксид кремния 57-70 БФ SiO2, оксид алюминия 10-20 БФ Al2O3, оксид бария 9-25 БФ BaO, оксид стронция 1-12 БФ SrO, оксид циркония 0,1-2 БФ ZrO2, оксид кальция 1-6 БФ SaO, оксид стронция 1-6 БФ GeO2. КЛТР стекол в интервале 20-500oC (34-35)10-7 K-1, диэлектрическая проницаемость при частоте 106 Гц 8-9. 3 табл.

Изобретение относится к составам некристаллизующихся стекол, предназначенных для диэлектрической изоляции активных элементов кремниевых интегральных схем и создания структур кремний-на-изоляторе (КНИ) и кремниевых структур с диэлектрической изоляцией (КСДИ).

Известно припоечное стекло для спаев с молибденом, включающее, мас. SiO2 55-68, Al2O3 15-18, CaO 7-13, BaO 6-16, при массовом соотношении Al2O3/CaO+BaO от 0,6:1 до 1:1 [1] Недостатком данного стекла является относительно высокий коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) (42-48)10-7 K-1, что не позволяет получать согласованных спаев с кремнием, а также относительно низкая температура начала деформации (725oC).

Наиболее близким к изобретению является стекло для интегральных схем, включающее, мас. SiO2 60-74, Al2O3 8-16, BaO - 4-26, SrO 2-18, ZrO2 0,5-4, при суммарном содержании BaO+SrO - 12-28% [2] Данное стекло позволяет получать качественные диэлектрические слои на кремниевых пластинах, согласованные по КТЛР с кремнием. Недостатком данного стекла является низкая механическая прочность спая при соединении двух кремниевых пластин в процессе формирования структур КНИ и КСДИ, образование в области спая опор и полостей.

Задачей изобретения является получение механически прочного, не имеющего пор и полостей спая при соединении кремниевых пластин структур КНИ.

Задача достигается тем, что стекло для структур кремний-на-изоляторе, включающее SiO2, Al2O3, BaO, ZrO2, дополнительно содержит CaO и GeO2, при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO2 57-70, Al2O3 10-20, BaO 9-25, SrO 1-12, ZrO2 0,1-2, CaO 1-6, GeO2 1-6.

Уменьшение содержания SiO2 ниже 57 мас. приводит к повышению КТЛР стекла и деформации (прогибу) структур КНИ вследствие рассогласования КТЛР кремния и стекла. Увеличение содержания SiO2 свыше 70 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла и ухудшению адгезии к кремнию.

Уменьшение содержания Al2O3 ниже 10 мас. приводит к повышению КТЛР стекла. Увеличение содержания Al2O2 свыше 20 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла и ухудшению адгезии к кремнию.

Уменьшение содержания BaO ниже 9 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла и образованию в области спая пор и полостей. Увеличение содержания BaO свыше 25 мас. вызывает увеличение КТЛР стекла.

Уменьшение содержания SrO ниже 1 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла и ухудшению адгезии к кремнию. Увеличение содержания SrO свыше 12 мас. вызывает увеличение КТЛР стекла.

Уменьшение содержания ZrO2 ниже 0,1 мас. приводит к увеличению КТЛР стекла. Увеличение содержания ZrO2 свыше 2 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла, увеличению его кристаллизационной способности и ухудшению адгезии к кремнию.

Уменьшение содержания CaO ниже 1 мас. приводит к повышению кристаллизационной способности стекла, ухудшению адгезии к кремнию и снижению механической прочности спая. Увеличение содержания CaO свыше 6 мас. приводит к повышению КТЛР стекла, что вызывает деформацию (прогиб) структур КНИ вследствие рассогласования КТЛР стекла и кремния.

Уменьшение содержания GeO2 ниже 1 мас. приводит к повышению температуры начала деформации стекла, ухудшению адгезии к кремнию, снижению механической прочности спая и образованию в области спая пор и полостей. Увеличение содержания GeO2 свыше 6 мас. приводит к увеличению КТЛР стекла, деформации (прогибу) структур КНИ и снижению химической стойкости стекла.

Один из наиболее перспективных способов создания структур кремний-на-изоляторе основан на спаивании приборной монокристаллической и опорной кремниевых пластин через слой стекловидного диэлектрика с последующим утонением приборной пластины до пленки заданной толщины. Известные в науке и технике стекловидные диэлектрики для изоляции активных элементов кремниевых интегральных схем не позволяют получать бездефектные, механически прочные, без пор и полостей спаи кремниевых пластин. Стекловидные диэлектрики предлагаемых составов обеспечивают получение качественных КНИ-структур диаметром 1000 и более мм с минимальным прогибом (<30 мкм), выдерживающих все стандартные высокотемпературные (до 1200oC) операции, применяемые в технологии изготовления интегральных схем.

Примеры реализации.

Были синтезированы стекла (NN 1-5), составы которых приведены в табл. 1.

В качестве исходных компонентов использовали оксиды марок "осч" и "хч". Исходные компоненты отвешивали в соответствии с заданным составом и перемешивали в агатовой ступке. Синтез стекол проводили в индукционной печи в платино-родиевом тигле при температуре 1700oC в течение 4 часов. Выборку стекол проводили в виде гранулята путем отливки расплава в дистиллированную воду. Полученный гранулят измельчали в агатовом барабане на планетарной мельнице до удельной поверхности 8000 см2/г.

Полученное порошкообразное стекло наносили методом пульверизации водной суспензии на монокристаллические кремниевые пластины диаметром 100 мм. Спаивание кремниевых пластин через слой стекловидного диэлектрика осуществляли в диффузионной печи CDO-125/4 при температуре 1180-1220oC под давлением 10-40 г/см2 с выдержкой при максимальной температуре 30-90 мин.

Образцы для измерения КТЛР и диэлектрических характеристик прессовали из порошкообразного стекла. Режимы термообработки образцов для измерения КТЛР и диэлектрических характеристик соответствовали режимам спаивания кремниевых пластин. После термообработки на образцы для измерения диэлектрических характеристик наносили и вжигали при 600oC серебряные электроды.

Оптимальные режимы спаивания кремниевых пластин для стекол различных составов приведены в табл. 2.

В табл. 3 приведены значения КТЛР и диэлектрических характеристик образцов стекол, термообработанных по режимам, соответствующим режимам спаивания кремниевых пластин.

Для оценки качества спая кремниевые пластины после соединения скрайбировали на образцы с размерами 5х5 мм. Исследования на оптическом и растровом электронном микроскопах сколов и шлифов образцов спаев, полученных в оптимальных режимах на основе стекол составов 1-5, показало, что в области спая отсутствуют поры и полости. Для стекол составов 1-5, механическая прочность при растяжении спаев, полученных в оптимальных режимах, была выше прочности кремния разрушение спая происходило по кремнию.

Изменение температуры спаивания кремниевых пластин и температуры термообработки отпрессованных образцов в пределах +10oC от оптимальной, а также дополнительная термообработка в течение 2-х часов при температуре спаивания не оказывали влияния на значения КТЛР, диэлектрических характеристик стекловидных материалов и качество спая.

Плотность дислокаций в монокристаллических кремниевых пластинах после спаивания не превышала 5103 см-2, что свидетельствует о низких внутренних напряжениях в кремнии и хорошей согласованности стекловидных диэлектриков с кремнием по КТЛР (КТЛР монокристаллического кремния составляет 3510-7K-1 в интервале 20-500oC). Прогиб структур КНИ диаметром 100 мм не превышал 20 мкм.

Применение предложенных составов стекол вместо известных позволяет значительно улучшить характеристики структур КНИ КСДИ и полупроводниковых интегральных схем на их основе, а также повысить выход годных при их производстве.

Формула изобретения

Стекло для структур кремний-на-изоляторе, включающее SiO2, Al2O3, BaO, SrO, ZrO2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит CaO и GeO2 при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO2 57 70 Al2O3 10 20
BaO 9 25
SrO 1 12
ZrO2 0,1 2
CaO 1 6
GeO2 1 6р

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Стекло // 1813751
Изобретение относится к технологии силикатов , в частности стекла, используемого преимущественно для изготовления колб электроламп

Изобретение относится к бесщелочным диэлектрическим стеклам и может найти применение в электронной и электротехнической промышленности в качестве материала для защиты активной части кремниевых полупроводниковых приборов от неблагоприятных воздействий среды

Изобретение относится к производству цветного стекла и может быть использовано для изготовления, например, товаров народного потребления, а также декоративно-художественных изделий

Изобретение относится к составам бесщелочных диэлектрических стекол с низким коэффициентом линейного термического расширения и предназначено для применения в электронной и электротехнической промышленности в качестве материала для получения тонкопленочных защитных стеклянных покрытий на кремниевых полупроводниковых устройствах (тиристоры, диоды, транзисторы)

Стекло // 1512936
Изобретение относится к химически устойчивым стеклам, предназначенным для производства фотошаблонов

Стекло // 1470678
Изобретение относится к составам стекол, которые применяются для изготовления оболочек и различных деталей электроламп

Изобретение относится к составам силикатного стекла и может быть использовано для производства синих сигнальных светофильтров

Стекло // 1384552
Изобретение относится к соста рам стекол, которые применяются для получения спая с металлом, например для заливки цоколей ламп различного назначения

Стекло // 1344746
Изобретение относится к составам стекол, которые могут быть использованы для производства защитных светофильтров, применяемых при сварочных работах

Изобретение относится к составам бессвинцовых электровакуумных стекол и может быть использовано при производстве электроизолирующего стекла для деталей и узлов электровакуумных приборов
Изобретение относится к составам термостойких желтых стекол для изделий аэродромной техники
Стекло // 2424989
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается производства стекла, которое может быть использовано для изготовления облицовочной плитки

Изобретение может быть использовано при изготовлении сцинтилляционных элементов, применяемых в детекторах ионизирующих излучений, в частности нейтронов. Сцинтилляционное стекло получают из композиции SiO2, Li2CO3, MgO, Al2O3, AlF3, CeO2, а для подавления окисления ионов церия в стекло вводят добавку металлического кремния (Si) в количестве 0,001-10 мас.%. Техническим результатом является понижение температуры варки стекла, улучшенный выход сцинтилляций, оптическая однородность. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к стеклокерамике на основе метасиликата лития. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности, химической устойчивости стеклокерамики. Литиево-силикатное стекло или стеклокерамика имеют следующий состав, масс.%: SiO2 50-75, Li2O 10-25, ZrO2 и HfO2 5-30, K2O 0-8, Al2O3 0-8, добавки 0-15. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл.
Изобретение относится к литиево-силикатной стеклокерамике и стеклу для использования в стоматологии. Технический результат – снижение температуры кристаллизации. Литиево-силикатная стеклокерамика содержит оксид одновалентного металла, выбранный из Rb2O, Cs2O и смесей таковых, от 0 до менее 5,1 мас.% Al2O3 и от 0 до менее 1,0 мас.% K2О. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл.

Стекло // 2614773
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекла, которые могут быть использованы в качестве отделочного материала в строительстве. Стекло содержит, мас. %: SiO2 49,5-64,5; Al2O3 10,5-20,0; Fe2O3 0,5-5,0; CaO 5,0-9,0; MgO 9,0-11,2; SO3 0,2-0,4; CaF2 2,0-4,0; B2O3 4,0-5,3. Технический результат – повышение прочности стекла. 1 табл.

Стекло // 2614774
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов хрустальных стекол, которые могут быть использованы для изготовления сортовой посуды. Стекло содержит, мас.%: SiO2 60,0-62,0; Na2O 0,8-1,5; K2O 12,0-12,5; ZnO 1,5-2,1; BaO 11,0-11,2; Sb2O3 1,8-2,0; SrO 1,0-4,0; CaO 8,0-8,5. Технический результат – повышение коэффициента преломления. 1 табл.
Наверх