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Verfahren zur Herstellung von Glasschichten oder anderen Isolierschichten
auf Substratoberflächen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Glasschichten oder anderen Isolierschichten auf Substratoberflächen.
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In der Halbleitertechnologie sind verschiedene Verfahren bekannt,
ausgedehnte oder lokal begrenzte Glas- oder andere Isolierschichten auf Festkörperoberflächen,
insbesondere Halbleiteroberflächen herzustellen. Die Herstellung dünner Glasschichten
auf Hal,bleiterscheiben nach dem Stand der Technik geschieht z. B. vielfach durch
Sedimentieren. Bei diesem Verfahren bringt man das zu beschichtende Substrat in
eine Suspension, bestehend aus Glaspulver und einer meist organischen Flüssigkeit.
Nach einem bestimmten Zeitraum schlägt sich dann das kolloidale Glas auf dem Substrat
nieder. Dabei ist es bekannt, den Abscheidungsprozeß durch Zentrifugieren zu beschleunigen.
Bei einem anschließenden Temperungsprozeß wird das Glas auf die Halbleiteroberfläche
aufgesintert. Es ist weiterhin bekannt, Isolierschichten entweder durch Aufstreichen
einer Glaspaste und nachträgliches Sintern, durch Aufsprühen, durch Aufdampfen von
Isoliermaterial oder durch Aufdrücken einer Kunststoffolie mit hohem Glasgehalt
auf Substratoberflächen herzustellen.
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Die erwähnten bekannten Verfahren sind jedoch alle mit dem Nachteil
behaftet, daß sie keine Glas-oder anderen Isolierschichten mit völlig gleichmäßiger
Dicke, frei von Poren und resistent gegen mechanische Beanspruchung, liefern. Die
Haftfestigkeit der aufgebrachten Isolierschichten genügt bei Anwendung der bekannten
Verfahren häufig nicht den gestellten Forderungen. Hohe Dichte des aufzubringenden
Isoliermaterials, z. B. des Glaspulvers, und gute Haftfestigkeit sind zwei Forderungen,
die sich mit dem bekannten Verfahren nicht gleichzeitig erreichen lassen. Beim Sedimentieren
ist die geringe Haftfestigkeit und die Gefahr einer Veränderung der Schicht beim
Herausnehmen aus dem Lösungsmittel unbefriedigend. Einfaches Aufstreichen oder Aufsprühen
ergibt ungleichmäßige Schichtdicken, Porigkeit und Rauhigkeit. Beim Aufkleben von
Kunststoffglasfolien stört der hohe Schwund in der Dicke beim Aufsintern sowie die
Porigkeit der Schichten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von -Glasschichten oder anderen Isolierschichten auf Substratoberflächen anzugeben,
mit dessen Hilfe es möglich ist, Glas- oder andere Isolierschichten -mit völlig
gleichmäßiger Dicke ohne Poren und mit geringer Rauhigkeit sowie guter Haftfestigkeit
auf Substratoberflächen zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß ein Verfahren vorgeschlagen wird, bei dem die Substrate in eine Zentrifuge derart
eingesetzt oder eingespannt werden, daß ihre Oberflächen senkrecht zu dem von der
Drehachse zum Substrat gezogenen Ra#diusvektor liegen und die Substrate anschließend
während der Drehung der Zentrifuge auf ihrer gesamten Oberfläche oder stellenweise
mit Isoliermaterial besprüht werden. Diese Besprühung erfolgt zweckmäßig in an sich
bekannter Weise mit Hilfe einer Sprühpistole, welche in Richtung auf die zu besprühenden
Oberflächen ausgerichtet ist und in einem Vorratsbehälter Isoliermaterialpulver,
ein organisches Bindemittel und ein Lösungsmittel enthält. Das erfindungsgemäße
Verfahren eignet sich sehr gut zum überziehen von Halbleiterscheiben mit sehr gleichmäßigen
und haftfesten Glas- oder Isolierschichten oder zur Herstellung lokaler begrenzter
Isoliersichtbereiche, wie sie für die Herstellung von kapazitiv entkoppelten Anschlüssen
und Leitungsbahnen für Transistoren und Dioden benötigt werden. Daß man sehr gleichmäßige
und haftfeste Glas- oder Isolierschichten erhält, ist eine Folge der Zentrifugalkräfte,
welche während des Aufsprähprozesses senkrecht zur Fläche der aufgesprühten Schichten
auf diese wirken, insbesondere auf die Lösungs- und Bindemittel enthaltenen Isolierkörner.
Diese werden unmittelbar auf die Substratoberfläche angepreßt, wobei das Lösungsmittel
automatisch verdunstet und das Bindemittel vorwiegend zwischen den Isolierkörnern
und als Film über diesen vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, daß die Haftfestigkeit
solcher noch nicht aufgesinterter Filme extrem gut ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
In F i g. 1 ist 1 eine Halbleiterscheibe,
welche an der Wand eines Zylinders 2 derart befestigt wird, daß die zu besprühende
Oberfläche dem Inneren des Zylinders zugewandt ist. Die Halbleiterscheibe
1 ist z. B. in eine in die Wand des Zylinders 2 einsetzbare oder einspannbare
Halterung 3 eingelegt. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Halterung ist
im Querschnitt in F i g. 2 dargestellt. Die napfförmige Halterung
3 ist mit einem Rand 3' versehen und z. B. in die Wand des Zylinders
2 einsetzbar. 1 ist die in die Halterung eingelegte Halbleiterscheibe und
4 eine darüber angeordnete Maske mit öffnungen, die sich vorzugsweise zum Substrat
hin etwas konisch erweitern. Es werden mehrere Halterungen mit eingelegten Halbleiterscheiben
an der Innenwand des Zylinders 2 befestigt, so daß an der gesamten Peripherie des
Zy-
linders 2 Halbleiterscheiben angeordnet sind (dies ist in F i
g. 1 angedeutet). Nach Einführen einer Sprühpistole 5 in den Innenraum
des Zylinders 2 wird dieser um seine Achse 6 (mit Hilfe eines nicht eingezeichneten
Motors) in Rotation versetzt. Gleichzeitig werden die Halbleiterscheiben
1 mit Hilfe der Sprühpistole 5 mit Isoliermaterial besprüht (die Sprühstrahlen
sind durch die Pfeile in F i g. 1 angedeutet). Nach einigen Umdrehungen des
Zylinders 2 sind die nicht von der Maske 4 abgedeckten Stellen einer jeden Halbleiterscheibe
mit Isoliermaterial bedeckt, so daß man - nachdem man Motor und Sprühvorrichtung
abgeschaltet hat und nach einer kurzen Trockenzeit die Halterung aus dem Zylinder
herausgenommeii hat - die mit einer aufgebrachten Isolierschicht oder Isolierschichtbereichen
versehenen Halbleiterscheiben aus ihren Halterungen herausnehmen kann. Soll die
aesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe mit einer Isolierschicht bedeckt werden,
so wird natürlich die Maske 4 der F i g. 2 wegim gelassen. Das Sprühmaterial
besteht z. B. aus feinstkörnigem Glaspulver mit Korndurchmesser zwischen
0,1 und 0,5 #tra, das in einer Mischung aus Binde- und Lösungsmittel
aufgeschlemmt ist. Als Bindemittel haben sich Kollodium oder Methacrylate und als
Lösungsmittel z. B. Buthylacetat bewährt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Überziehen
von Halbleiterscheiben mit einer sehr gleichmäßigen Glasschicht. Dabei wird aus
der Sprühpistole 5 eine Glassuspension auf die Halbleitersubstrate gesprüht.
Isolierschichten aus Glas besitzen den großen Vorteil, daß sie in ihrer thermischen
Ausdehnung sehr gut den üblichen Halbleitern Silizium und Germanium angepaßt sind.
Sie sind darüber hinaus im Gegensatz zu verschiedenen anderen Isoliermaterialien
- wie z. B. SiO -
weder dicken- noch flächenmäßig irgendeiner Begrenzung
unterworfen. Hinzu kommt, daß Glasschichten auf Substraten leicht so hergestellt
werden können, daß keine steilen Kanten entstehen, so daß auf entsprechende Anordnungen
aufgebrachte Leitungsbahnen ohne die Gefahr des Abreißens oder mangelhafter Verbindung
auf die Isolierschichten heraufgeführt werden können (es ist dann z. B. keine Schrägbedampfung
erforderlich). Dies ist in F i g. 3
dargestellt. 1 ist ein Ausschnitt
aus einem Halbleiterkörper z. B. aus Silizium, der in bekannter Weise mit einer
dünnen Isolierschicht 7 z. B. aus SiO, überzogen ist. 8 ist ein in
den Halbleiterkörper z. B. mit Hilfe der bekannten Planartechnik eingebrachter pn-Übergang.
9 ist eine mit Hilfe des erfmdungsgemäßen Verfahrens auf die Halbleiteranordnung
aufgebrachte Glasschicht oder ein lokal begrenzter Glasschichtbereich, welche bzw.
welcher bei der nachfolgenden Durchführung des Planarprozesses auf die Oberfläche
der Anordnung aufschmilzt. Das erfindungsgemäße Aufbringen der Glasschicht
9 auf die Anordnung ist in sehr guter Weise kompatibel mit der Durchführung
des Planarprozesses, da die Sintertemperaturen für die Gläser mit passender Ausdehnung
zwischen etwa 600 und 850' C liegen, also weit unter den Diffusionstemperaturen
des Planarprozesses und weiterhin passend zu den Legierungstemperaturen für die
Kontakte, die z. B. bei Silizium zwischen 450 und 6001 C liegen. Die Glasschicht
9 bildet beim Sintern einen abgerundeten Übergang zur Isolierschicht
7, so daß die metallische Leitungsbahn 10 zur Kontaktierung des pn-übergangs
8 ohne die Gefahr des Abreißens oder mangelhafter Verbindung auf die Oberfläche
der Anordnung aufgebracht werden kann. Die Glasschicht 9
kann natürlich auch
so auf die Anordnung aufgebracht werden, daß sie auch noch den Rand des pn-Übergangs
8 überdeckt, also bis an die Berandung der Isolierschicht 7 heranreicht.