close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8449

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8449
(13) C1
(19)
(46) 2006.08.30
(12)
7
(51) H 01L 21/329, 21/328,
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДА ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20030910
(22) 2003.10.01
(43) 2004.03.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие
"Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Ануфриев Леонид Петрович;
Пеньков Анатолий Петрович; Турцевич Аркадий Степанович; Карпов
Иван Николаевич; Кузик Сергей
Владимирович; Соловьев Ярослав
Александрович (BY)
BY 8449 C1 2006.08.30
29/47, 29/872
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) US 4899199, 1990.
BY a20020522, 2002.
RU 2066501 C1, 1996.
RU 2166221 C1, 2001.
JP 0631065 A, 1988.
GB 2341276 A, 2000.
US 4206540, 1980.
US 6184564 B1, 2001.
US 3636417, 1972.
(57)
1. Способ изготовления диода Шоттки, включающий окисление сильнолегированной
кремниевой подложки n-типа проводимости со сформированным слаболегированным
эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое
охранного кольца p-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в
окне барьерного слоя электрода Шоттки нанесением молибдена с последующей фотолитографией, создание металлизации электрода последовательным нанесением слоев Ti, Ni
и Ag с последующей фотолитографией, отличающийся тем, что после вскрытия окна
формируют углубление в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, на барьерный
слой электрода наносят слой алюминия или сплава алюминий-кремний с содержанием
кремния 0,8-1,6 мас. % толщиной 0,8-5,0 мкм, а слой Ti наносят толщиной 0,07-0,15 мкм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве барьерного слоя наносят сплав
молибден-рений с содержанием рения 2-50 мас. %.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после формирования углубления в
эпитаксиальном слое проводят отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч.
Фиг. 14
BY 8449 C1 2006.08.30
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после формирования углубления в
эпитаксиальном слое на всю поверхность наносят слой металла из ряда: молибден, титан,
палладий, платина - толщиной 0,02-0,5 мкм, с последующим его удалением, при этом металл удаляют не полностью, оставляя переходной слой несколько атомарных слоев.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после удаления металлического слоя проводят отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч.
6. Способ по пп. 1-5, отличающийся тем, что после нанесения алюминия или сплава
алюминий-кремний проводят отжиг при температуре 400-500 °С в течение 5-60 мин в среде азота.
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к технологии изготовления мощных диодов Шоттки, и может быть использовано в широкой гамме применений в качестве выпрямителей в изделиях силовой электроники.
Известен способ [1] изготовления диода Шоттки, включающий окисление сильнолегированной кремниевой подложки первого типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, вскрытие в окисле
кремния окна, формирование барьерного слоя металла в окне и прилегающей к окну поверхности окисла кремния.
Однако по причине отсутствия охранного кольца имеет место наличие высоких краевых токов утечки по периферии электрода Шоттки при приложении обратного смещения
диода, что обуславливает низкий процент выхода и невозможность изготовления диодов
Шоттки с требуемыми характеристиками.
Известен способ [2] изготовления диода Шоттки, включающий окисление сильнолегированной подложки n-типа с нанесенным слаболегированным эпитаксиальным слоем,
формирование диффузией бора охранного кольца p-типа, вскрытие окна в окисле кремния, формирование в пределах окна молибденового электрода Шоттки, нанесение многослойной металлизации с последующей фотолитографией.
Однако в данном способе выпрямляющие свойства диода Шоттки сильно зависят от
состояния границы раздела молибден-кремний, также существует высокая вероятность
того, что естественный окисел кремния, химические соединения или адсорбированные
газы будут содержаться на границе раздела. Кроме того, молибден используется как для
создания выпрямляющего контакта, так и для невыпрямляющего контакта в области охранного кольца. В результате этот способ не обеспечивает достаточной чистоты границы
раздела молибден-кремний, что приводит к неоднородному распределению высоты потенциального барьера как по площади кристалла, так и всей пластине, а следовательно, к
повышенным значениям токов утечки и их значительному разбросу от кристалла к кристаллу, невысокому проценту выхода годных диодов Шоттки.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ формирования диода Шоттки [3], включающий окисление сильнолегированной кремниевой подложки
первого типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным
слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца
второго типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки нанесением молибдена с последующей фотолитографией,
создание металлизации электрода последовательным нанесением слоев Ti, Ni и Ag с последующей фотолитографией. При этом контакт к охранным областям изготавливается из
титана, который имеет хорошую адгезию к молибдену, кремнию и двуокиси кремния.
Однако из-за высокой вероятности наличия на границе раздела кремний-молибден естественного окисла кремния, органических загрязнений, адсорбированных газов и хими2
BY 8449 C1 2006.08.30
ческих соединений и данный способ не лишен недостатков, а именно: повышенных токов
утечки и их значительным разбросом по поверхности пластины, а также низкого процента
выхода годных диодов Шоттки.
В основу изобретения положена задача снижения токов утечки, уменьшения их разброса, повышения процента выхода диодов Шоттки.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления диода Шоттки,
включающем окисление сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимости
со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца р-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки
нанесением молибдена с последующей фотолитографией, создание металлизации электрода последовательным нанесением слоев Ti, Ni и Ag с последующей фотолитографией,
после вскрытия окна формируют углубление в эпитаксиальном слое величиной 0,050,5 мкм, на барьерный слой электрода наносят слой алюминия или сплава алюминийкремний с содержанием кремния 0,8-1,6 мас. % толщиной 0,8-5,0 мкм, а слой титана наносят толщиной 0,07-0,15 мкм, в качестве барьерного слоя наносят сплав молибден-рений с
содержанием рения 2-50 мас. %, формирования углубления в эпитаксиальном слое проводят отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6 часов, после
формирования углубления в эпитаксиальном слое на всю поверхность наносят слой металла из ряда: молибден, титан, палладий, платина - толщиной 0,02-0,5 мкм, с последующим его удалением, при этом металл удаляют не полностью, оставляя переходной слой
несколько атомарных слоев, после удаления металлического слоя проводят отжиг при
температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6 часов, после нанесения
алюминия или сплава алюминий-кремний проводят отжиг при температуре 400-500 °С в
течение 5-60 минут в среде азота.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что после вскрытия окна формируют углубление в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, на барьерный слой электрода наносят
слой алюминия или сплава алюминий-кремний с содержанием кремния 0,8-1,6 мас. %
толщиной 0,8-5,0 мкм, а слой титана наносят толщиной 0,07-0,15 мкм, в качестве барьерного слоя наносят сплав молибден-рений с содержанием рения 2-50 мас. %, формирования
углубления в эпитаксиальном слое проводят отжиг при температуре 550-650 °С в среде
азота или аргона в течение 2-6 часов, после формирования углубления в эпитаксиальном
слое на всю поверхность наносят слой металла из ряда: молибден, титан, палладий, платина - толщиной 0,02-0,5 мкм, с последующим его удалением, при этом металл удаляют
не полностью, оставляя переходной слой несколько атомарных слоев, после удаления металлического слоя проводят отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в
течение 2-6 часов, после нанесения алюминия или сплава алюминий-кремний проводят
отжиг при температуре 400-500 °С в течение 5-60 минут в среде азота.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Анализ вольт-амперных характеристик диодов Шоттки, изготовленных согласно прототипу и заявляемому
способу, при обратном смещении показывает, что величина токов утечки определяется
высотой барьера Шоттки и его снижением из-за влияния сил изображения и дополнительного статического понижения из-за наличия промежуточного слоя между металлом и полупроводником. Формирование углубления в эпитаксиальном слое 0,05-0,5 мкм позволяет
улучшить чистоту границы раздела металл-кремний за счет сведения к минимуму толщины естественного окисла, удаления с поверхности органических загрязнений, адсорбированных газов и химических соединений, внесенных на предыдущих операциях, что
эквивалентно стабилизации высоты потенциального барьера и ведет к уменьшению влия3
BY 8449 C1 2006.08.30
ния статического понижения ее величины [1]. При величине углубления менее 0,05 мкм
из-за невоспроизводимости свойств границы раздела не обеспечивается высокий выход
годных диодов Шоттки, а при формировании углубления более 0,5 мкм увеличивается
разброс по величине токов утечки и отбраковки кристаллов по данному параметру из-за
образования так называемых "норок" и обрывов алюминия или его сплавов с кремнием в
области ступеньки.
Формирование барьерного электрода из сплава молибден-рений с содержанием рения
2-50 мас. % позволяет снизить механические напряжения на границе металл-кремний [4] и
снизить ток утечки за счет способности рения "раскислять" естественный SiO2 с образованием проводящих окислов рения, стабилизирующих границу раздела.
Отжиг структуры после формирования углубления в течение 2-6 часов при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона также приводит к снижению токов утечки. Предполагаемая причина эффекта данной операции состоит в аннигиляции глубоких ловушек в
запрещенной зоне полупроводника, что эквивалентно стабилизации зарядовых свойств
поверхности полупроводника перед осаждением барьерного металла, что в свою очередь
улучшает вольт-амперные характеристики диода Шоттки и делает их более воспроизводимыми. В области температур менее 550 °С и длительности отжига менее 2 часов положительный эффект от его применения не наблюдается и его использование нецелесообразно.
При температурах более 650 °С и длительности отжига более 6 часов наблюдается увеличение токов утечки.
Нанесение и последующее удаление металла из ряда: молибден, титан, алюминий, серебро, палладий, платина - толщиной 0,02-0,5 мкм позволяет произвести модификацию и
стабилизацию границы раздела металл-кремний перед нанесением барьерного слоя электрода Шоттки. Предполагаемая причина указанного эффекта состоит в том, что металл не
удаляется полностью, а остается тонкий переходной слой толщиной несколько атомарных
слоев [5], влияющий на высоту барьера Шоттки и вольт-амперные характеристики диодов.
При нанесении на сформированный барьерный электрод алюминия или сплава алюминий-кремний с содержанием кремния 0,8-1,6 мас. % в диапазоне толщин 0,8-5,0 мкм не
происходит обрыва металлизации на ступеньке окисла и, как следствие, не наблюдается
рост краевых токов утечки по периметру охранного кольца из-за потери полевой обкладки, а также реализуется демпферная прослойка, которая улучшает характеристики диодов
Шоттки при сборке приборов в корпус.
Применение чистого алюминия толщиной 0,8-5,0 мкм стабилизирует поверхность раздела, уменьшает концентрацию поверхностных состояний. Применение алюминия или
сплава алюминий-кремний с содержанием кремния 0,8-1,6 мас. % в диапазоне толщин 0,85,0 мкм особенно важно для мощных силовых диодов Шоттки, работающих при большом
прямом токе, что существенно позволяет улучшить равномерность его протекания по
площади. Кроме того, наличие алюминиевого слоя позволяет подвергать отжигу Si/Mo/Al
структуру. Замена алюминия на сплав алюминий-кремний позволяет расширить условия
проведения отжига в азоте до температуры 500 °С и времени 60 минут, что обусловлено
уменьшением процессов взаимной диффузии на границе Si/AlSi в области охранного
кольца, приводящих к его деградации.
Отжиг Si/Mo/Al структуры при температуре 400-500 °С в среде азота в течение 560 минут производит стабилизацию свойств границы раздела как за счет аннигиляции
простых дефектов и нарушений на границе раздела, образовавшихся при нанесении молибдена, так и улучшения качества контакта к охранному кольцу. При этом уменьшается
разброс вольт-амперных характеристик и снижение токов утечки.
Слой титана в многослойном электроде является адгезионным и служит для улучшения адгезии между никелем и алюминием или сплавом алюминий-кремний, во-вторых,
4
BY 8449 C1 2006.08.30
структура Al-Ti стойка к электромиграции и шипообразованию из-за образования интерметаллического соединения AlTi3. Толщина слоя титана 0,07-0,15 мкм выбирается как из
приведенных выше соображений, так и из условия минимизации механических напряжений в многослойной структуре Si/Mo/Al/Ti/Ni/Ag.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-14, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез диода Шоттки, изготовленного по способу-прототипу, включающему окисление сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимости (1) со сформированным
слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости (2), формирование
в эпитаксиальном слое охранного кольца р-типа проводимости (4), вскрытие в окисле
кремния (3) окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки (5) нанесением
молибдена с последующей фотолитографией, создание металлизации электрода последовательным нанесением слоев Ti (6), Ni (7) и Ag (8) с последующей фотолитографией, на
фиг. 2 - исходная эпитаксиальная структура, на фиг. 3 - структура после окисления, на
фиг. 4 - структура со вскрытым окном для диффузии охранного кольца, на фиг. 5 - структура со сформированным охранным кольцом, на фиг. 6 - структура со вскрытым окном в
окисле, на фиг. 7 - структура со сформированным в эпитаксиальном слое углублением, на
фиг. 8 - структура с нанесенным металлическим слоем из ряда: молибден, титан, палладий, платина, на фиг. 9 - структура после удаленного металлического слоя, на фиг. 10 структура с нанесенным барьерным слоем, на фиг. 11 - структура со сформированным
барьерным электродом, на фиг. 12 - структура с нанесенным слоем алюминия, на фиг. 13 структура с нанесенными слоями титана, никеля и серебра, на фиг. 14 - структура после
формирования многослойного электрода.
Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фиг. 14, используется
для изготовления диодов Шоттки с пробивными напряжениями от 20 до 100 В. В качестве
примера показано его применение для изготовления диода Шоттки SB2045. Производится
окисление исходной структуры (фиг. 2), состоящей из легированной мышьяком кремниевой подложки с ориентацией (111) и удельным сопротивлением 0,003 Ом⋅см со сформированным эпитаксиальным слоем толщиной 4,5-5,5 мкм и удельным сопротивлением 0,550,65 Ом⋅см, в диффузионной системе "Оксид 3ПО" при температуре 950 °С до толщины
окисла 0,35-0,41 мкм (фиг. 3). Стандартным методом фотолитографии производится вскрытие
окна в окисле для формирования охранного кольца (фиг. 4). Проводится ионная имплантация бора дозой 9 мкКл при ускоряющем напряжении 60 кВ. Производится отжиг структуры в диффузионной печи СДОМ 3/100 при температуре 1050 °С в среде кислорода до
получения охранного кольца глубиной 1,1 мкм с поверхностным сопротивлением 1000 Ом/кв.
и толщиной окисла 0,43 мкм (фиг. 5). Фотолитографией вскрывается окно в окисле (фиг. 6).
В травителе HNO3:H3COOH:HF:H2O (объемное соотношение 0,28:0,210:0,035:0,475) в эпитаксиальном слое формируется углубление величиной 0,25 мкм (фиг. 7). На установке вакуумного напыления "Оратория 29" наносится слой молибдена толщиной 0,1 мкм (фиг. 8).
Нанесенный слой удаляется в травителе Н3РО4:Н3СООН:НNO3:Н2О (объемное соотношение 0,766:0,154:0,03:0,05) (фиг. 9). Производится отжиг структуры в диффузионной
печи СДОМ 3/100 в среде азота при температуре 600 °С в течение 4 часов. На установке
вакуумного напыления "Оратория 29" наносится слой молибдена толщиной 0,3 мкм
(фиг. 10). Методом фотолитографии в окне окисла кремния формируется барьерный электрод (фиг. 11). На установке вакуумного напыления "Оратория 29" наносится слой алюминия толщиной 3 мкм (фиг. 12). На установке вакуумного напыления "Магна 2М"
наносится трехслойная металлизация Ti/Ni/Ag (фиг. 13). Фотолитографией формируется
многослойный электрод диода (фиг. 14).
Как показали экспериментальные исследования, электрические параметры приборов,
изготовленных согласно предложенному способу изготовления диода Шоттки, сущест5
BY 8449 C1 2006.08.30
венно лучше по сравнению с прототипом. В табл. 1 приведены сравнительные данные по
электрическим параметрам диодов Шоттки при различных величинах углубления, при
различной толщине алюминиевого и титанового слоев, а также при различном содержании кремния в сплаве алюминий-кремний в сравнении с прототипом.
Таблица 1
Сравнительные данные по обратным токам диодов Шоттки
с различными: величиной углубления, толщиной слоя алюминия
и содержанием в нем кремния, толщиной слоя титана
Способ формирования
Слой Аl или
УгAlSi
№
Толщина
лублеСодер- титана,
опыта
ние1), Толщи- жание
мкм
мкм на, мкм
Si,
мас. %
1
0,025
0,6
0,05
2
0,025
0,6
0,5
0,05
3
0,05
0,8
0,07
4
0,05
0,8
0,8
0,07
5
0,25
3,0
0,12
6
0,25
3,0
1,0
0,12
7
0,5
5,0
0,15
8
0,5
5,0
1,6
0,15
9
0,6
6,0
0,2
10
0,6
6,0
3,0
0,2
11
-
-
-
Измеренные параметры
ПриIr45В,
ВГ/ВГп, меча125 °С3),
отн. ед. ние
мА
Ir45В,
25 °С2),
мкА
СКО
(Ir45),
25 °С,
мкА
465
459
443
441
364
358
448
439
478
474
121
128
114
118
86
91
105
101
112
107
114
118
109
111
105
101
108
103
114
110
1,236
1,348
1,476
1,523
2,770
2,835
1,354
1,462
1,016
1,023
483
117
107
1,0
0,2
прототип
1) величина углубления измерялась профилометром "AlphaStep", погрешность измерения 0,01 мкм;
2) значения обратных токов при напряжении 45 В и температуре 25 °С измерялись по
всем кристаллам на пластине при помощи измерительной системы КАШС установки зондового контроля ЭМ 610 с записью в ПЭВМ каждого измеренного значения, в таблице
приведены среднее значение параметра и его СКО для всех кристаллов, в которых отсутствуют дефекты типа "обрыв" и "короткое замыкание", погрешность измерения 1 мкА;
3) значения обратных токов при напряжении 45 В и температуре 125 °С измерялись в
импульсном режиме на установке зондового контроля с подогревом рабочего столика выборочно в 10 точках по пластине с последующим усреднением, погрешность измерения 5 мА.
Как видно из табл. 1, оптимальным интервалом величины углубления является
0,05-0,5 мкм, ибо если она менее 0,05 мкм, то на границе молибден-кремний все еще остается высокая плотность поверхностных состояний, а также различных загрязнений: органических, остатков естественного окисла кремния, адсорбированных атомов и т.п. При
этом не наблюдается существенных различий по величине обратных токов как при комнатной, так и при повышенной температурах, равно как и по их разбросу. Отношение выхода годных исследованных вариантов к выходу годных по варианту прототипа (ВГ/ВГп)
при углублениях менее 0,05 мкм также подтверждает их неэффективность. В случае величины углубления более 0,5 мкм наблюдается рост токов утечки и их разброс по пластине,
6
BY 8449 C1 2006.08.30
что связано с уменьшением поверхностной концентрации примеси в области охранного
кольца и большой высотой ступеньки, что приводит к образованию норок и обрывов алюминия.
Замена алюминия на сплав алюминий-кремний с содержанием кремния 0,8-1,6 мас. %
дает небольшое увеличение выхода годных из-за снижения интенсивности диффузионных
процессов между алюминием и кремнием в области охранного кольца. Однако превышение содержания кремния в алюминии 1,6 мас. % нежелательно вследствие ухудшения качества алюминиевой пленки и снижения технологичности. При содержании кремния в
алюминии менее 0,8 мас. % не происходит заметного снижения интенсивности диффузионных процессов в области охранного кольца и, как следствие, не происходит заметных
улучшений параметров диодов Шоттки.
Толщина слоя титана в диапазоне 0,07-0,15 мкм также является оптимальной, поскольку
данной величины достаточно для создания барьера против диффузии алюминия в вышележащие слои, а механические напряжения в многослойной структуре Si/Mo/Al/Ti/Ni/Ag
минимальны на границе раздела молибден-кремний.
В табл. 2 представлены экспериментальные данные о влиянии на электропараметры
диодов Шоттки процесса нанесения после формирования углубления ряда металлов с различной толщиной и их последующего удаления.
Таблица 2
Сравнительные данные по токам утечки и выходу годных диодов Шоттки
после нанесения и удаления различных металлов
Измеренные параметры
Нанесение и снятие
металла
Ir45B,
№
СКО
Ir45В,
ВГ/ВГп,
опыта
(Ir45),
125
°С,
Толщина, 25 °С,
отн. ед.
Металл
мА
мкА 25 °С, мкА
мкм
1
Мо
0,02
367
95
102
2,579
2
Ti
0,02
368
98
105
2,545
3
Pd
0,02
372
94
103
2,497
4
Pt
0,02
366
92
99
2,616
5
Mo
0,3
298
76
87
3,788
6
Ti
0,21
284
68
84
3,989
7
Pd
0,11
280
66
82
4,031
8
Pt
0,13
278
67
79
4,032
9
Mo
0,5
287
81
84
3,824
10
Ti
0,5
291
73
78
3,885
11
Pd
0,5
274
69
79
4,034
12
Pt
0,5
281
72
75
3,966
Примечание
Углубление
0,25 мкм,
материал
барьерного
электрода молибден,
толщина слоя
Al - 1 %
Si - 3 мкм,
толщина слоя
Ti - 0,12 мкм
Как видно из табл. 2, доминирующее влияние на ток утечки оказывает толщина нанесенного и удаленного слоя металла. При тонких слоях (менее 0,02 мкм, что для нанесенной методами вакуумного напыления пленки не обеспечивает ее сплошности) не
достигается оптимальной величины токов утечки. При увеличении сплошности пленок с
ростом толщины наблюдается уменьшение токов утечки. Однако если толщина наносимой и удаляемой пленки более 0,5 мкм, то при увеличении материальных затрат существенного улучшения не наблюдается.
В табл. 3 приведены данные о влиянии на параметры диодов Шоттки отжига в инертной среде перед нанесением барьерного металла.
7
BY 8449 C1 2006.08.30
Таблица 3
Сравнительные данные по токам утечки и выходу годных диодов Шоттки
при различных условиях отжига перед нанесением барьерного слоя металла
№
опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Способ формирования
Измеренные параметры
Нанесение и
Отжиг в инертной
СКО
снятие металла
среде
Ir45В,
Ir45В,
(Ir45),
ВГ/ВГп,
25 °С,
125 °С,
Темпе25 °С,
отн. ед.
ТолщиВремкА
мА
Металл
Среда ратура,
мкА
на, мкм
мя, ч
°С
N2
520
5
419
152
119
1,762
Аr
520
5
412
146
117
1,817
N2
550
2
403
139
114
1,943
Аr
550
2
397
142
108
2,018
N2
600
2
389
92
104
2,191
Аr
600
2
394
102
111
2,084
N2
600
4,5
287
77
75
3,870
Аr
600
4,5
284
72
71
3,947
N2
600
6
283
81
78
3,856
Аr
600
6
289
76
81
3,866
N2
650
6
382
121
98
2,242
Аr
650
6
378
136
92
2,264
N2
750
4
474
231
122
1,428
Аr
750
4
462
253
118
1,555
Мо
0,3
N2
600
5
263
53
79
4,161
Мо
0,3
Аr
600
5
261
49
74
4,173
Ti
0,21
N2
600
5
258
44
77
4,180
Pd
0,11
N2
600
5
256
45
81
4,180
Pt
0,13
N2
600
5
249
41
76
4,182
Примечание
Углубление
0,25 мкм,
материал
барьерного
электрода молибден,
толщина
слоя
Al - 1 %
Si - 3 мкм,
толщина
слоя Ti 0,12 мкм
Как видно из табл. 3, при отжиге как в азоте, так и в аргоне были получены сходные
значения токов утечки вне зависимости от температурно-временных условий его проведения. При температуре ниже 550 °С не наблюдается существенного улучшения параметров.
При оптимальной диапазоне температуре 550-650 °С максимальное снижение утечек достигается при длительности отжига 2-6 часов. Дальнейшее увеличение длительности отжига не приводит к заметным улучшениям электропараметров. При увеличении температуры
отжига свыше 650 °С наблюдается рост токов утечки.
Если перед отжигом проводилось нанесение и снятие металла из предложенного ряда:
молибден, титан, палладий, платина, то положительный эффект от его проведения еще
более усиливается.
В табл. 4 приведены данные о влиянии условий вжигания алюминия или сплава алюминий-кремний на характеристики диодов Шоттки.
8
BY 8449 C1 2006.08.30
Таблица 4
Сравнительные характеристики диодов Шоттки при различных режимах
вжигания алюминия (алюминий-кремния)
400
400
450
450
500
500
500
450
450
450
450
450
450
450
5
5
20
20
60
60
80
20
20
20
20
20
20
20
363
369
286
298
395
416
513
258
249
244
245
221
266
233
89
93
52
63
119
133
132
49
51
47
44
38
56
42
99
102
88
97
106
111
118
73
79
74
71
96
78
76
ВГ/ВГп, отн. ед.
Слой Аl или AlSi
AlSi
Al
AlSi
Al
AlSi
Al
AlSi
AlSi
AlSi
AlSi
AlSi
AlSi
Al
Al
Ir45B,
125 °С, мА
+
+
CKO (Ir45),
25 °C, мкА
Мо
Ti
Pd
Pt
Mo
Mo
Mo
ТемпеВремя,
ратура,
мин
°C
Измеренные параметры
Ir45B
25 °С, мкА
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Нанесение и снятие металла
Отжиг в азоте
№
опыта
Способ формирования
Вжигание
алюминия
(сплава AlSi)
Примечание
2,691
2,556
4,121
Углубление
3,951 0,25 мкм, материал
2,055 барьерного элект1,770 рода - молибден,
0,642
толщина слоя
Аl или Al - 1 %
4,175
Si
- 3 мкм, толщина
4,176
4,181 слоя Ti - 0,12 мкм,
4,182 отжиг: +- 600°C,
4,183 N2, 4 ч, - без отжига
4,146
4,183
Как видно из табл. 4, оптимальным интервалом температур вжигания, при котором
имеет место снижение обратных токов, является 400-500 °С. При температуре вжигания
более 500 °С наблюдается резкое увеличение тока утечки, что связано с интенсификацией
процессов взаимной диффузии алюминия и кремния в области охранного кольца, приводящих к его деградации. Также из табл. 4 видно, что процесс вжигания алюминия усиливает эффект снижения утечки как после нанесения и снятия металлов предложенного
ряда, так и с последующим отжигом в азоте.
В табл. 5 представлены данные о параметрах диодов Шоттки с барьерным электродом
из сплава молибден-рений при различном содержании рения, а также в зависимости от
других стадий способа их формирования согласно заявляемому способу.
9
BY 8449 C1 2006.08.30
Таблица 5
Сравнительные данные по обратным токам диодов Шоттки
с различной содержанием рения в материале барьерного электрода
Содержание рения в барьерном
электроде
Слой Аl или
AlSi
Вжигание
Ir45B, 25 °C,
мкА
CKO (Ir45),
25 °C, мкА
Ir45В,
125 °C, мА
ВГ/ВГп, отн. ед.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Отжиг в азоте
№
опыта
Измеренные параметры
Нанесение и
снятие металла
Способ формирования
Мо
Ti
Pd
Pt
Mo
Mo
Mo
+
+
+
+
+
2
20
50
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al 1 % Si
Al
+
+
+
367
343
338
248
206
221
217
216
212
195
174
183
75
65
69
42
39
48
42
44
38
32
33
39
98
94
89
78
81
71
77
74
72
84
70
101
2,730
3,345
3,371
4,182
4,183
4,183
4,183
4,183
4,183
4,183
4,183
4,183
Примечание
Углубление
0,25 мкм, материал
барьерного электрода - молибден,
толщина слоя Аl
или AlSi - 3,0 мкм,
толщина слоя
Ti - 0,12 мкм,
отжиг: +-600 °С,
N2, 4 ч, - без отжига
* Пленки молибден-рений наносились магнетронным методом из составных мишеней с
различным соотношением площадей молибдена и рения. Содержание рения контролировалось на электронном Оже - спектрометре PHI-600 (ф. Perkin Elmer, США).
Из табл. 5 видно, что введение в барьерный электрод из молибдена рения позволяет
снизить обратные токи и их разброс вследствие снижения механических напряжений на
границе металл-кремний, а также за счет увеличения высоты потенциального барьера к
кремнию. Содержание рения в молибдене 2-50 мас. % является оптимальным. Содержание
в молибдене менее 2 мас. % рения не дает заметного улучшения по сравнению с чистым
молибденом. Содержание рения более 50 мас. % не приводит к существенному снижению
тока утечки, но обуславливает значительное удорожание материала, т.е. не является экономически оправданным.
Также из табл. 5 видно, что при использовании сплава молибден-рений в совокупности
с другими отличиями заявляемого способа возможно достижение наилучших показателей
по минимизации тока утечки и увеличению процента выхода годных диодов Шоттки.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления диода Шоттки по сравнению с прототипом позволяет решить задачу снижения токов утечки, уменьшения их разброса, повышения процента выхода диодов Шоттки в 3-4 раза.
10
BY 8449 C1 2006.08.30
Источники информации:
1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Кн. 1 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - С. 456.
2. Schottky Rectifiers // Elcoma Bulletin, - 1984, p. 8-9.
3. Патент США 4899199, МКИ Н 01L 29/48, 1990.
4. Баранов В.В., Достанко А.П. , Лесникова В.П. , Сакович Е.Л., Холенков В.Ф. // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1989. - № 2. - С. 84-90.
5. Spicer W.E., Lindaw J., Skeath P., Su C.J. // J. Vac. Sci. and Tech. - 1980. - V. 17. - P. 1019.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
11
BY 8449 C1 2006.08.30
Фиг. 11
Фиг. 12
Фиг. 13
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
468 Кб
Теги
by8449, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа