Технология герметизации интегральных схем и микропроцессоров

Технология герметизации ИС и МП

1. Пассивирующие и защитные покрытия ИС

В технологиях производства ИС для пассивирования и защиты используются неорганические пленки из нескольких компонентов, которые достаточно формально носят название стекла. Прежде всего к таким материалам относят SiO₂ и нитрид кремния. К настоящему моменту существуют различные технологические процессы нанесения стекол:

¾  Непосредственное осаждение на защищаемую поверхность за счет окисления, напыления или пиролиза;

¾  Нанесение готового стеклянного порошка материала в виде смеси или пасты с дальнейшим сплавлением;

¾  Катодное реактивное распыление.

В качестве материалов применяются различные многокомпонентные  стекла типа Al₂O₃ – SiO₂, B₂O₃ – SiO₂, Al₂O₃ – B₂O₃ и др. Возможно так же применение стекол состава Si_xO_yN, которые осаждаются из смеси SiH₄+NH₃+O₂ при температурах 900…1000°С. Покрытия Al₂O₃ – SiO₂ получаются при t=860…1100°C. Кроме того их можно получить при температурах »250°С…500°С из смеси тетраэтоксисилана  и тиизобутилалюминия с кислородом.

Рассмотрим фосфоросиликатные стекла SiO₂ – P₂O₅, широко применяемые для защиты п/проводниковых ИС.

Фосфоросиликатные стекла наносятся в основном двумя технологическими методами:

1.  низкотемпературный: SiH₄+PH₃+O₂ Þ^400°С.P₂O₅ + H₂O

2.  высокотемпературный: POCl₃ + O₂ + SiO₂Þ^900°С SiO₂^.P₂O₅ + Cl₂

или : POCl₃ + SiH₄ + H₂ + CO₂Þ^1200°С SiO₂^.P₂O₅ + Cl₂

В обоих методах в качестве газа-носителя служит азот. Соответственно продукт реакции SiO₂^.P₂O₅ осаждается на предварительно подогретый диоксид кремния, при этом скорость осаждения может составлять до 0,4 мкм/мин, что в общем не мало. Толщина получаемого покрытия как правило составляет до 2 мкм. Тем не менее, во многих случаях, покрытия толщиной ~0,02 мкм оказывается достаточным для защиты от воздействия агрессивных факторов. Необходимо заметить, что содержание Р₂О₅ в таком покрытии невелико, ~3…6 %. При больших концентрациях могут проявляться отрицательные поляризационные явления. Ихсуть заключается в следующем: в кристаллическую решетку SiO₂ встраиваются частицы P₂O₅, образуя в результате ионы РО₄, из которых один атом фтора оказывается положительно поляризованным, а другой – отрицательно, что приводит к ослаблению соединения атомов с кислородом. Отрицательно поляризованные атомы фосфора способны с помощью атома кислорода связывать ионы, что в итоге придает покрытию геттерные свойства. Влияние концентрации P₂O₅ в пленках фторосиликатных стекол на защитные свойства покрытия хорошо иллюстрирует следующий график:

Пленка фторосиликатного стекла толщиной толщиной 12,5 нм с концентрацией С _P2O5=4% при поверхностной плотности N_Na+~10¹² ионов/см² защищает поверхность ИС в течении 10 лет, обеспечивая безотказную работу ИС при 80°С.

Заметим, сто защитные свойства покрытий ФСС от разрушающего воздействия ионов натрия выше, чем при защите нитридом кремния. Твердость покрытий ФСС в 1,5 раза выше чем SiO₂, а механические напряжения, которые они вызывают, уменьшаются с ростом  концентрации P₂O₅ в покрытии