Стекло для интегральных схем

 

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

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 03 С 3/085

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССР

tlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 3624932/29-33 (22) 20.07.83 .(46) 07.03.85. Бюл. F.- 9 (72) В.З.Петрова, А.И.Ермолаева и Н.И.Кошелев (71) Московский институт электронной техники (53) 666.112.9(088.8) (56) 1. Патент США Р 4060423, кл. 106-53, опублик. 1977.

2. Авторское свилетельство НРБ

9 34090. кл. С 03 С 3/30. опублик. 1979.

„„SU„„ I 143702 А (54) (57) СТЕКЛО ЛЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ

СХЕМ, включающее SiO>, АМО, ВаО, SrO, Zr0<, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения согласованного спая с кремнием, оно содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.Х:

SiO 60-74

А1,0 8- t6

ВаО 4-26

SrO 2-18

ZrOg 0 5-4 причем ВаО + Sr0 составляет 12-287.

t 11437

Изобретение относится к составам некристаллизующихся стекол, предназначенных для межкомпонентной, межслойной изоляции, пассивации и бескорпусной защиты кремниевых интегральных схем (ИС).

К стеклу, предназначенному для . межкомпонентной диэлектрической изоляции кремниевых ИС, предъявляются следующие требования: высокие диэлек- 1О трические характеристики (E 10, 80 «< 30.10 ",, pII > 10 Ом.см), согласованность по КТЛР с монокрис7, таллическим кремнием (И 2 10 К ), устойчивость к термообработкам, при- 15 меняемым в планарной технологии изготовления ИС (t,g > 800 C) отсутствие элементов, легирующих кремний (В, P Sb, Аз .и др.) и щелочных металлов (Na и др.), высокая химстойкость (1-й гидролитический класс) .

Известно припоечное стекло для спаев с молибденом, включающее, вес.Ж: SiO< 55-68; АР О 15-18; р5

СаО 7-13; ВаО 6-16, при весовом соотношении АХ О /СаО+ВаО от 0,6:1 до 11 К.

Недостатками данного стекла являются относительно высокий КЛТР

ЗО (42-48 ° 10 К ), что не позволяет получать согласованных спаев с кремнием„ а также относительно низкая температура начала деформации (725оC) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стекло (2), из которого изготавливают диэлектри ческие слои для межслойной изоляции 4О в производстве корпусов интегральных схем, а также для получения спаев с тугоплавкими металлами, включающее, мас.X:

SiO 45-55 45

А7 0 3 6-12

3-6

ЕгО 4-12

SrO 2-12

ВаО 2-8 Р О5 0,1-4

СаО О, 1-8

NgO О, 1-3

Недостатком известного стекла является высокий КТР (45-65) ° 10 K 55 что не позволяет использовать его ! .;для получения согласованных спаев с кремнием.

Целью изобретения является получение согласованного спая с кремнием.

Цель достигается тем, что стекло для интегральных схем, включающее

8102 АХ209 Вао, SrO, Zr0,, содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:

SiO 60-74

М,О

8-16

ВаО 4-26

SrO 2-18

ZrO 0,5-4 причем ВаО + SrO составляет 12-28 ..

В качестве исходных1компонентов используют SiO АХ Og ВаСО, SrC03 и ZrO марок ОСЧ . Исходные компоненты отвешивают в соответствии с заданным составом н 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. Лля измерения КТЛР и t„ „ отливают образцы в виде штабиков (50x5x5 мм ).; Гранулят стекла измельчают в яшмовом барабане на планетарной мельнице до удельной поверхности

5000 .см /г.

Формирование стекловидных слоев на кремниевых пластинах осуществляют методом ВЧ магнетронного распыления.

При распылении используют мишень из порошкового стекла, формирование которой осуществляют 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 ВЧ-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 Ar, 10 О .

Скорость осаждения пленок при данном режиме составляет около

20 нм/мин, температура подложек не превышает 350 С. Получают пленки о с толщинами 0,5; 1; 5 и 10 мкм.

В качестве подложек используют монокристаллические пластины кремния марок КДБ-10 и КЭС-0,01 диаметром

60 мм. цнй, применяемых в планарной технологии изготовления ИС (диффузия, отжиг, окисление).

После термообработки кремниевых пластин со стекловидными пленками составов 1-5 при 600-1200 C в течение

2 ч изменений диэлектрических характеристик и значений стрелы прогиба не наблюдается.

10 Дифференциально-термический анализ стекол показал, что они . являются устойчивыми к кристаллизации.

Исследования, проведенные метода15 ми рентгенографического, ИК-спектроскопического и электронномикроскопического анализов показали, что как исходные пленки, так и пленки, термообработанные в интервале температур

600-1200 С, являются аморфными.

В зависимости от конкретного применения в технологии кремниевых ИС ,стекла могут использоваться как в виде стекловидных пленок, полученных методами ВЧ-ионноплазменного, ВЧ-магнетронного распыления, центрифугирования, так и в виде монолитных стек лянных подложек.

Таблица

,Стекло по примеру

Содержание оксидов, масЛ

Г (j 2гО

SiO М,0 Ва0

SrO

1,5

0,5.74 . 8

16

10

18

62

73

3 1143702

В табл. 1 приведены составы стекол.

Значения КТЛР, t„,<, стекол, диэ.лектрические характеристики стекловидных пленок, а также значения стрелы прогиба кремниевых пластин со стекловидными пленками приведены в табл. 2.

Как следует иэ табл. 2, значения

КТЛР стекол близки к КТЛР монокристаллического кремния (35 ° 10 К в интервале 20-500оС), что обеспечивает практически нулевые значения стрелы прогиба кремниевых пластин со . стекловидной пленкой (12 мкм). Близость КТЛР кремния и стекла обеспечивает получение согласованноro ненапряженноro спая, что уменьшает плотность дислокаций в кремнии и улучшает его электрофизические параметры. 20

Стекловидные пленки на основе предлагаемых составов обладают высокими диэлектрическими характеристиками.

Благодаря тому, что t „ стекол предлагаемых составов превышает

800 С, кремниевые структуры со стекловидными пленками допускают проведение длительных термических опера1143702

Таблица 2

Показатели х1P 7K "

37

850

960

870

Хиистойкость (гидролитический .класс) E при f=10 Гц, 20ОС

10,0

8,5

8,0 9,0

10,0

tg R npu f = 10 Гц, 6. t; 2PоС, х 10-4

20

15 при =200 С, о 10 Ом см при с=20 С х 10@В/см пр

Стрела прогиба 1 Н) кремниевых пластин, мкм

Составитель O. Самохина

Редвк ор Н. Егорова Техред М.Пароцай Корректор Е. Сирохман

Заказ 843/20

Тираж 457

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

КТЛР

2о-рос о

С н,р,.

Значения показателей стекла по примеру

1 2 3 4 5

33 36

950 940