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 на кристалл ИС:
· непосредственное осаждение на защищаемую поверхность за счет окисления, напыления или пиролиза;
· нанесение готового стеклянного порошка материала в виде смеси или пасты с дальнейшим сплавлением;
· катодное реактивное распыление.
В качестве материалов применяются различные многокомпонентные стекла типа Al2O3 – SiO2, B2O3 – SiO2, Al2O3 – B2O3 и др. Возможно также применение стекол состава SixOyN, которые осаждаются из смеси SiH4+NH3+O2 при температурах 900-1000°С. Покрытия Al2O3–SiO2 получаются при 860-1100°C. Кроме того, защитные покрытия можно получать при температурах 250°С-500°С из смеси тетраэтоксисилана и триизобутилалюминия с кислородом.
Рассмотрим фосфоросиликатные стекла (ФСС) состава SiO2–P2O5, широко применяемые для защиты полупроводниковых ИС. Фосфоросиликатные стекла наносятся в основном двумя технологическими методами:
1. Низкотемпературный метод по реакции: SiH4+PH3+O2 
P2O5 + H2O.
2. Высокотемпературный метод: POCl3 + O2 + SiO2 
SiO2.P2O5 + Cl2 или: POCl3 + SiH4 + CO2 
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. Толщина получаемого покрытия, как правило, составляет до 2 мкм. Во многих случаях, покрытие толщиной ~0,02 мкм оказывается достаточным для защиты от воздействия агрессивных факторов внешней среды. Необходимо заметить, что содержание Р2О5 в таком покрытии невелико, примерно 3-6%.
При больших концентрациях могут проявляться отрицательныеполяризационные явления. Их суть заключается в следующем. В кристаллическую решетку SiO2 встраиваются частицы P2O5, образуя в результате ионы РО4, из которых один атом фосфора оказывается положительно поляризованным, а другой – отрицательно, что приводит к ослаблению связи этих 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 фосфоросиликатных стекол на защитные свойства покрытия хорошо видно на графике:
Рис. 10.1. Зависимость времени безотказной работы
ИС от концентрации Р2О5 в защитном покрытии при
агрессивном воздействии ионов Nа
Пленка фосфоросиликатного стекла толщиной 12,5 нм с концентрацией Р2О5, равной 4%, при поверхностной плотности NNa+~1012 ионов/см2 защищает поверхность ИС в течение 10 лет, обеспечивая безотказную работу ИС при 80°С.
Заметим, что 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 и достигают наибольшего значения для чистого SiO2. Благодаря возможности нанесения более толстых покрытий уменьшается количество пор, а защита от механических и тепловых повреждений значительно эффективнее, чем просто из покрытий SiO2 и SiN4.
