стекло для структур кремний-на-изоляторе
Классы МПК: | C03C3/085 содержащие оксид двухвалентного металла |
Автор(ы): | Кошелев Н.И., Ермолаева А.И. |
Патентообладатель(и): | Московский государственный институт электронной техники |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-09-12 публикация патента:
10.07.1997 |
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.
Рисунок 1
![стекло для структур кремний-на-изоляторе, патент № 2083514](/images/patents/389/2083004/183.gif)
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 70Al2O3 10 20
BaO 9 25
SrO 1 12
ZrO2 0,1 2
CaO 1 6
GeO2 1 6р
Описание изобретения к патенту
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)
![стекло для структур кремний-на-изоляторе, патент № 2083514](/images/patents/389/2083004/183.gif)
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 5
![стекло для структур кремний-на-изоляторе, патент № 2083514](/images/patents/389/2083004/183.gif)
![стекло для структур кремний-на-изоляторе, патент № 2083514](/images/patents/389/2083004/183.gif)
Класс C03C3/085 содержащие оксид двухвалентного металла
шихта для получения стекла - патент 2432328 (27.10.2011) | |
стекло - патент 2424989 (27.07.2011) | |
термостойкое желтое светотехническое стекло - патент 2387604 (27.04.2010) | |
электровакуумное стекло - патент 2167111 (20.05.2001) | |
стекло, не содержащее свинца, и посуда и декоративные хрустальные изделия из него - патент 2129100 (20.04.1999) |