Стекло для интегральных схем Советский патент 1985 года по МПК C03C3/85 

4

СО

о ю Изобретение относится к состава некристаллизующихся стекол, предна наченных для межкомпонентной, межслойной изоляции, пассивации и бес корпусной защиты кремниев||1х интегральных схем (ИС). К стеклу, предназначенному для межкомпонентной диэлектрической из ляции кремниевых ИС, предъявляются следующие требования: высокие диэл трические характерисгики ( i 10, tgS i 30:10, /РУ 10 Ом.см), согласованность по КТЛР с моиокрис таллическим кремнием ( 1б -К устойчивость к термообработкам, пр меняемым в планарной технологии изготовления ИС (t. ) , отсутствие элементов, легирующих кремний (В, Р, Sb, As и др.) и щелочных металлов (Na и др.), высока химстойкость (1-й гидролитический класс). Известно припоечное стекло для спаев с молибденом, включающее, sec.%: SiOg 55-68; 15-18; CaO 7-13; BaO 6-16j при весовом соотношении AIjОд /СаО+ВаОот 0,6:1 до 1:1 1. Недостатками данного стекла явл ЮТСЯ относительно высокий КЛТР (42-48«ld К ), что не позволяет получать согласованных спаев с кре 1ием, а также относительно низка я температура начала деформации (.725°С) . Наиболее близким к изобретению технической сущности и достигаемом результату является стекло 2J , из которого изготавливают диэлектриi ческие слои для межслойной изоляци в производстве корпусов интегральн схем, а также для получения спаев тугоплавкими металлами, включающее мае.%: SiO 45-55 Недостатком известного стекла является высокий КТР (45-65)00 что не позволяет использовать его гдпя получения согласованных спаев с кремнием. Целью изобретения является получе ние согласованного спая с кремнием. Цель достигается тем, что стекло для интегральных схем, включающее SiOj, , BaO, SrO, ZrO, содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: причем 5;ВаО +. SrO составляет 1 2-28%. В качестве исходных компонентов . используют SiOj, , BaCOj, SrCOg и ZrOj марок ОСЧ. Исходные компоненты отвешивают в соответствии с заданным составом и тщательно смешивают в яшмовой ступке. Синтез стекол проводят в индукционной печи в платинородиевом тигле при 1700°С с выдержкой 10 ч после расплавления шихты. Выработку стекол проводят в виде гранулята путем отливки расплава стекломассы в дистиллированную воду. Для измерения КТЛР и t.. . отливают образцы в виде штабиков (50x5x5 мм ).; Гранулят стекла измельчают в яшмовом барабане на планетарной мельнице до удельной поверхности 5000 .. Формирование стекловидных слоев на кремниевых пластинах осуществляют методом БЧ магнетронного распыления. При распылении используют мишень из порошкового стекла, формирование которой осув;ествляют путем равномерного нанесения порошка стекла на металлический катод (диаметр 130 мм). Толщина слоя стекла составляет 4 мм. Формирование стекловидных пленок осуществляют по следующему режиму: ток БЧ-генератора - 0,35 А, напряжение на-мишени - 200 В, напряжение смещения на подложке - (-50) В, суммарное давление рабочего газа 0,1 Па, состав рабочего газа - 90% Аг, 10% 02. Скорость осаждения пленок при данном режиме составляет около 20 нм/мин, температура подложек не превьш1ает . Получают пленки с толщинами 0,5; 1; 5 и 10 мкм. В качестве подложек используют мрнокристаллические пластины кремния марок КДБ-10 и КЭС-0,01 диаметром . 60 мм. в табл. 1 приведены составы стекол. Значения КТЛР, t., стекол, диэ.лектрические характеристики стеклови ных пленок, а также значения стрелы пр гиба кремниевьпс пластин со стекловид,ными пленками приведены в табл. 2. Как следует из табл. 2 значения KtJIP стекол близки к КТЛР монокристаллического кремния ( в интервале 2б-500 с), что обеспечивает практически нулевые значения стрелы прогиба кремниевых пластин с стекловидной пленкой (2 мкм). Близость КТЛР кремния и стекла обеспечивает получение согласованного ненапряженного спая, что умень шает плотность дислокаций в кремнии и улучшает его электрофизические параметры. Стек ювидные пленки на основе предлагаемых составов обладают высо кими диэлектрическими характеристиками. Благодаря тому, что t , стекол предлагаемых составов превьшает , кремниевые структуры со стек ловидными пленками допускают проведение длительных термических операТаблица 1 24 ццй, применяемых в планарной технологии изготовления ИС (диффузия, отжиг, окисление). После термообработки кремниевых 1ластин со стекловидными пленками составов 1-5 при 600-1200 0 в течение 2 ч изменений диэлектрических характеристик и значений стрелы прогиба не наблюдается. Дифференциально-термический анализ стекол показал, что они являются устойчивыми к кристаллизации. Исследования, проведенные методами рентгенографического, Ж-спектроскопического и злектронномикроскопического анализов показали, что как исходные пленки, так и пленки, термообработанные в интервале температур 600-1200с, являются аморфными. В зависимости от конкретного применения в технологии кремниевых ИС стекла могут использоваться как в виде стекловидных пленок, полученньжjметодами ВЧ-ионноплазменного, ВЧ-магнетронного распыления, центрифугирования, так и в виде монолитных стеклянных подложек.

СТЕКЛО ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающее SiO, , ВаО, SrO, ZrOg, отличающееся тем, что, с целью получения согласованного спая с кремнием, оно содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: SiO 60-74 AijO, 8-t6 4-26 ВаО 2-18 SrO 0,5-4 2гОг + SrO составляет 12-28%. причем ЕВаО

.74 60 60 62 73

16 10 12

4 5

14

1,5

0,5

9

2

4 1

18

8

Хш стойкость (гидролитический .класс)

Е при , t 20°С

tgS при f , t 20°С, X 10-

РУ при t 200°C, ,

Таблица 2

10,0

8,5

10,0

9,0

17

20

19