Стекло для защитных тонкопленочных покрытий Советский патент 1992 года по МПК C03C3/85 

Изобретение относится к составам диэлектрических стекол с низким коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР), способных образовывать тонкие пленки на кремнии путем термического испарения в вакууме, и предназначено для применения в электронной и электротехнической промышленности в качестве материала для защиты активной части кремниевых полупроводниковых приборов (тиристоры, диоды, транзисторы), от неблагоприятных внешних воздействий среды.

Целью изобретения является повышение коррозионной устойчивости тонкопленочных стеклопокрытий в водно аммиачной среде.

Цель достигается тем, что стекло, включающее SiOa, , МдО, ВаО, SrO, ТЮ2, МпО, дополнительно содержит оксид висмута при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Si02

AI203

МдО

ВаО

SrO

ТЮ2

МпО

В20з

Изобретение осуществляется следующим образом. В качестве исходных компонентов используют кварцевый песок, оксиды алюминия, титана, марганца (IV), висмута (III), карбонаты магния, бария и стронция квалификации х.ч. и о.с.ч.. В табл. 1 приведены составы предлагаемых стекол (1-7). Исходные компоненты отвешивают в соответствии с заданным составом и смешивают, синтезируют стекла при температуре 1400-1450°С, измельчают и отсеивают фракцию стекла с размером зерен 90-200 мкм. (Источник методики - книга: Павлушкин Н.М., Ходаковская Р.Н. и Сентю- рин Г.Г. Практикум по технологии стекла и ситаллов. М.: Стройиздат, 1970, с. 512). Полученный порошок стекла используют для формирования стеклопленок методом тер- мического испарения в вакууме с применением резистивного испарителя. При использовании электронно-лучевого испарителя из гранулята стекла после его повторного расплавления изготавливают методом отливки стеклянную шайбу, соответствующую форме тигля электронно-лучевого испарителя.

Пример конкретного осуществления (состав Ms 3).

Взвешивают следующиее компоненты в указанных количествах, г:

Диоксид кремния что соответствует, в Оксид алюминия Оксид марганца (IV) Оксид титана Оксид висмута (III) Карбонат бария Карбонат магния Карбонат стронция

Компоненты смешивают и из полученной шихты синтезируют стекло в силитовой печи при температуре 1450°С и выдержке 45 мин. Стекло измельчают в яшмовых барабанах с халцедоновыми шарами на планетарной мельнице Санд, периодически по мере измельчения отсеивая фракцию по- рошка с размером зерен 90-200 мкм с помощью металлических сит. Необходимое количество полученной фракции порошка загружают в вибробункер, которым снабжена установка вакуумного напыления УВН- 71-Р2 и с помощью которого порошок стекла подается на испаритель. Испарителем служит вольфрамовая полоса размером 70x12x0,2 мм. После откачки установки до требуемой степени вакуума (5-7) Па испаритель нагревается до температуры 1900°С и на него вибробункером подается порошок стекла. При этом на поверхности расположенных над испарителем кремниевых пластин диаметром 40 мм поисходит формирование тонкой стеклопленки. Формирование пленки толщиной 0,8 мкм происходит в зависимости от интенсивности подачи порошка стекла на испаритель за время 4-7 мин.

Кроме описанного способа формирования пленок с помощью резистивного испарителя возможен вариант термического испарения с применением электронно-лучевого испарителя. Для этого полученный гра- нулят повторно расплавляют при 1400°С и отливают расплав в форму из стали 40x13, которая имеет следующие размеры лунки для отливки: глубина - 8 мм, нижний диаметр - 47 мм, верхний диаметр - 52 мм. Стеклянную шайбу после затвердевания помещают в муфельную печь при 700°С, выдерживают ее в течение 1 ч при этой температуре, затем оставляют ее в печи до полного охлаждения. Полученную отожженную отливку загружают в тигель анода установки вакуумного напыления УРМ 3.279.060 и осуществляют процесс напыления пленок на кремниевые пластины диаметром 76 мм при следующих параметрах режима установки: вакуум не хуже 1-10 Торр; температура пластин - 180°С; ток эмиссии катода - 0,4 А; напряжение электронно-лучевой пушки - 8 кВ; ток коллектора - 0,1 А. Формирование пленки толщиной 0,8 мкм происходит за время 12-18 мин. Остальные примеры выполнены аналогично приведенному.

Данные по коррозионной устойчивости пленок из предлагаемых стекол в сравнении с прототипом представлены в табл. 2.

Существенным преимуществом изобретения является то, что предлагаемое соотно- шение компонентов состава стекла позволяет достичь высокой коррозионной стойкости получаемых тонких стеклопленок, что обеспечивает надежную защиту р- n-перехода полуповодниковых приборов от неблагоприятных воздействий внешней среды как при технологических операциях изготовления приборов, связанных с применением воды и водно-аммиачных растворов (фотолитография), так и в процессе эксплуатации приборов в атмосферных условиях.

Отсутствие в составе стекла оксидов, обладающих способностью к необратимой термической диссоциации в вакууме или оксидов, обладающих слишком низким давлением паров, обеспечивает формирование тонкопленочных стеклопокрытий на кремнии при термическом испарении стекла в вакууме с сохранением состава исходного материала и, следовательно, с сохранением присущих исходному стеклу электрофизических и термических свойств. Дополнительным преимуществом стекла является отсутствие рейс парения его с подложки при вакуумном напылении тонких пленок.

Формула изобретения Стекло для защитных тонкопленочных покрытий, включающее Si02, АЬОз. МдО, BaO, SrO, Ti02, MnO, отличающееся тем, что, с целью повышения коррозионной устойчивости покрытий в водно-аммиачной среде, оно дополнительно содержит при следующем соотноношении компонентов, мас.%:

30-48 12-22 1-10 1-7 1-7 4-11 5-15 5-20

10

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. С целью повышения коррозионной устойчивости покрытий в водно-аммиачной среде стекло содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: SI02 30-48; АЬОз 12-22; МдО 1-10: ВаО 1-7; SrO 1-7; TIQ24-11; МпО 5-15; 5-20. Процент потери массы в 10%-ном растворе аммиака через 5 сут - до 12,10 сут - до 48, 20 сут - до 86. 2 табл.

Составы предлагаемых стекол

Составы предлагаемых стекол

Таблица 1

15

Таблица 2