close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11157

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
СПОСОБ ПАССИВАЦИИ p-n-ПЕРЕХОДОВ ТИРИСТОРА
С МЕЗА-КАНАВКОЙ
(21) Номер заявки: a 20061217
(22) 2006.12.01
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие
"Завод "Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Солодуха Виталий АлекСандрович; Соловьев Ярослав Александрович; Шильцев Владимир Викторович
(BY)
BY 11157 C1 2008.10.30
BY (11) 11157
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) US 4375125, 1983.
BY a19990740, 2001.
JP 55133542 A, 1980.
JP 2163938 A, 1990.
JP 59013333 A, 1984.
(57)
Способ пассивации p-n-переходов тиристора с меза-канавкой, включающий формирование p-n-переходов в кремниевой подложке, создание меза-канавки, химическое окисление
поверхности, осаждение полуизолирующего поликристаллического кремния, формирование фотолитографией рисунка пассивирующих областей, отличающийся тем, что после
осаждения полуизолирующего поликристаллического кремния последовательно наносят
слой нитрида кремния толщиной 0,05-0,2 мкм, слой борофосфоросиликатного стекла толщиной 0,6-2,0 мкм с суммарным содержанием бора и фосфора 8-10 мас. % при содержании
фосфора 3,8-5,0 мас. %, оплавляют борофосфоросиликатное стекло при температуре 840860 °С в течение 15-60 мин, наносят маскирующий слой ванадия толщиной 0,05-0,1 мкм, а
рисунок пассивирующих областей формируют последовательно фотолитографией в слое
ванадия, затем в слоях борофосфоросиликатного стекла, нитрида кремния и полуизолирующего поликристаллического кремния с последующим удалением маскирующего слоя
ванадия.
Фиг. 10
BY 11157 C1 2008.10.30
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии создания защитного покрытия активной структуры тиристоров с меза-канавкой.
Известен способ пассивации p-n-переходов тиристоров с меза-канавкой [1], включающий формирование p-n-переходов в кремниевой подложке, создание меза-канавки,
нанесение электрофорезом на поверхность меза-канавки стекла, формирование фотолитографией рисунка пассивирующих областей.
Однако в данном способе пассивация осуществляется стеклом, осажденным электрофорезом на не защищенную окислом поверхность кремния. Поскольку стекло характеризуется низкой эффективностью защиты против диффузии влаги, подвижных ионов и
молекул кислорода, азота, водорода и большой плотностью положительных зарядовых
состояний (более 1014 см-2), а процесс осаждения стекла электрофорезом отличается плохой
воспроизводимостью, то в тиристорах с меза-канавкой, изготовленных согласно данному
способу, будет наблюдаться снижение напряжения пробоя и увеличение токов утечки, что
обусловливает низкий выход годных тиристоров с меза-канавкой. Кроме того, данный
способ характеризуется плохим качеством фотолитографии при формировании рисунка
пассивирующих областей, что обусловлено плохой адгезией фоторезиста и его недостаточными маскирующими свойствами для травления пассивирующего слоя.
Известен способ пассивации p-n-переходов тиристоров с меза-канавкой [2], включающий формирование p-n-переходов в кремниевой подложке, создание меза-канавки,
нанесение электрофорезом на поверхность меза-канавки стекла, оплавление стекла, формирование фотолитографией рисунка пассивирующих областей.
Однако и данный способ характеризуется низким выходом годных тиристоров с мезаканавкой, обусловленным низкой эффективностью защиты против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, а также положительными зарядовыми состояниями в стекле и плохой воспроизводимостью процесса электрофореза. Данный
способ также характеризуется плохим качеством фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей, что обусловлено плохой адгезией фоторезиста и его недостаточными маскирующими свойствами для травления пассивирующего слоя.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ пассивации
p-n-переходов тиристоров с меза-канавкой [3], включающий формирование p-n-переходов
в кремниевой подложке, создание меза-канавки, химическое окисление поверхности, осаждение полуизолирующего поликристаллического кремния (ППКК), осаждение стекла
методом электрофореза или ракелем, формирование фотолитографией рисунка пассивирующих областей.
В данном способе проведение последовательно операций химического окисления поверхности, осаждения ППКК с удельным сопротивлением 106-1010 Ом×см требуемой толщины и стекла позволяет повысить выход годных тиристоров с меза-канавкой, поскольку
слой полуизолирующего поликристаллического кремния способствует ликвидации зарядовых состояний. Однако слой стекла не является эффективной защитой ППКК против
диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, что приводит к
ухудшению защитных свойств пассивации - снижению напряжения пробоя и увеличению
токов утечки, обусловливает низкий выход годных тиристоров с меза-канавкой. Также
слои стекла, осажденные из раствора методом электрофореза, характеризуются значительными внутренними механическими напряжениями, что зачастую приводит к нарушению
сплошности пассивирующих слоев, а также к изгибу, разрушению подложки и обусловливает дополнительное снижение выхода годных. Кроме того, данный способ характеризуется плохим качеством фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих
2
BY 11157 C1 2008.10.30
областей, что обусловлено плохой адгезией фоторезиста к слою стекла и его недостаточными маскирующими свойствами для травления пассивирующих слоев.
В основу изобретения положена задача улучшения эффективности защиты, повышения выхода годных тиристоров с меза-канавкой, улучшения качества фотолитографии при
формировании рисунка пассивирующих областей.
Поставленная задача решается тем, что в способе пассивации p-n-переходов тиристора
с меза-канавкой, включающем формирование p-n-переходов в кремниевой подложке, создание меза-канавки, химическое окисление поверхности, осаждение полуизолирующего
поликристаллического кремния, формирование фотолитографией рисунка пассивирующих
областей, после осаждения полуизолирующего поликристаллического кремния последовательно наносят слой нитрида кремния толщиной 0,05-0,2 мкм, слой борофосфоросиликатного
стекла толщиной 0,6-2,0 мкм с суммарным содержанием бора и фосфора 8-10 мас. % при
содержании фосфора 3,8-5,0 мас. %, оплавляют борофосфоросиликатное стекло при температуре 840-860 °С в течение 15-60 мин, наносят маскирующий слой ванадия толщиной
0,05-0,1 мкм, а рисунок пассивирующих областей формируют последовательно фотолитографией в слое ванадия, затем в слоях борофосфоросиликатного стекла, нитрида кремния
и полуизолирующего поликристаллического кремния с последующим удалением маскирующего слоя ванадия.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что
заявляемый способ пассивации p-n-переходов тиристора с меза-канавкой отличается от
известного тем, что после осаждения полуизолирующего поликристаллического кремния
последовательно наносят слой нитрида кремния толщиной 0,05-0,2 мкм, слой борофосфоросиликатного стекла толщиной 0,6-2,0 мкм с суммарным содержанием бора и фосфора
8-10 мас. % при содержании фосфора 3,8-5,0 мас. %, оплавляют борофосфоросиликатное
стекло при температуре 840-860 °С в течение 15-60 мин, наносят маскирующий слой ванадия
толщиной 0,05-0,1 мкм, а рисунок пассивирующих областей формируют последовательно
фотолитографией в слое ванадия, затем в слоях борофосфоросиликатного стекла, нитрида
кремния и полуизолирующего поликристаллического кремния с последующим удалением
маскирующего слоя ванадия.
Использование идентичной или сходной совокупности отличительных признаков для
решения поставленной задачи не обнаружено.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Известно, что нитрид
кремния характеризуется более эффективными защитными свойствами против диффузии
влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода по сравнению со стеклом.
Поэтому нанесение нитрида кремния толщиной 0,05-0,2 мкм обусловливает уменьшение
величины токов утечки и отсутствие снижения напряжения пробоя, приводящих к снижению выхода годных тиристоров с меза-канавкой в заявляемом способе. Если толщина
слоя нитрида кремния менее 0,05 мкм, то эффективная защита против диффузии влаги,
подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода отсутствует из-за нарушения его
сплошности, что приводит к снижению напряжения пробоя и увеличению токов утечки и
обусловливает низкий выход годных тиристоров с меза-канавкой. Если толщина слоя
нитрида кремния более 0,2 мкм, то в структуре будут наблюдаться значительные внутренние механические напряжения, приводящие к нарушению сплошности пассивирующих
слоев, изгибу и разрушению подложки, что обусловливает снижение выхода годных.
Нанесение борофосфоросиликатного стекла (БФСС) толщиной 0,6-2,0 мкм с суммарным содержанием бора и фосфора 8-10 мас. % при содержании фосфора 3,8-5,0 мас. %
обеспечивает дополнительную защиту против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, что стабилизирует величину токов утечки и напряжения
3
BY 11157 C1 2008.10.30
пробоя и способствует увеличению выхода годных тиристоров с меза-канавкой. Наличие
фосфора в БФСС создает ловушки для ионов щелочных металлов, а также компенсирует
остаточные механические напряжения, вносимые слоем нитрида кремния. Благодаря содержанию бора в БФСС появляется дополнительное преимущество - возможность оплавления при более низких температурах, что способствует планаризации топологического
рельефа и улучшает качество фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей за счет исключения уменьшения толщины и обрыва фоторезистивного слоя
по краю меза-канавки. Если толщина БФСС менее 0,6 мкм, то дополнительный защитный
эффект данного слоя в полной мере не достигается. Кроме того, при толщине БФСС менее
0,6 мкм не достигается хорошей планаризации топологического рельефа и ухудшается качество фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей из-за
уменьшения толщины и обрыва фоторезистивного слоя по краю меза-канавки. При толщине БФСС более 2,0 мкм не наблюдается дальнейших улучшений, что экономически нецелесообразно. В случае суммарного содержания бора и фосфора менее 8,0 мас. % при
содержании фосфора менее 3,8 мас. % в БФСС будут наблюдаться значительные остаточные механические напряжения, и компенсация механических напряжений, вносимых слоем нитрида кремния, не будет достаточной. Это приведет к ухудшению защитных свойств
пассивации, росту токов утечки и снижению напряжения пробоя, что обусловит снижение
выхода годных тиристоров с меза-канавкой. Кроме того, при суммарном содержании бора
и фосфора в БФСС менее 8,0 мас. % резко ухудшается способность данного слоя к оплавлению. Это приводит к плохой планаризации топологического рельефа и ухудшает качество
фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей из-за уменьшения
толщины и обрыва фоторезистивного слоя по краю меза-канавки. В случае суммарного
содержания бора и фосфора более 10 мас. % при содержании фосфора более 5 мас. % слои
БФСС будут характеризоваться плохой стойкостью к межоперационному хранению из-за
выделения кристаллов борной кислоты, высокой химической активностью и адсорбировать влагу на своей поверхности, что приводит к коррозии. Это ухудшает защитные свойства пассивации и приводит к снижению выхода годных тиристоров с меза-канавкой.
Оплавление БФСС при температуре 840-860 °С в течение 15-60 мин производится для
планаризации топологического рельефа и улучшения качества фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей. При этом происходит скругление острых
кромок структуры по краю меза-канавки, что способствует повышению однородности
толщины фоторезистивного слоя и исключает его разрыв. При температуре оплавления
менее 840 °С и времени оплавления менее 15 мин не достигается хорошего качества планаризации топологического рельефа и, как следствие, не наблюдается улучшения качества
фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей. При температуре
оплавления более 860 °С наблюдается диффузия бора и фосфора из БФСС в активные области тиристорной структуры, что снижает выход годных тиристоров с меза-канавкой.
При времени оплавления БФСС более 60 мин не достигается дальнейших улучшений, что
экономически нецелесообразно.
Нанесение маскирующего слоя ванадия толщиной 0,05-0,1 мкм, формирование рисунка пассивирующих областей последовательно фотолитографией в слое ванадия, затем в
слоях БФСС, нитрида кремния и ППКК с последующим удалением маскирующего слоя
ванадия проводят для улучшения качества фотолитографии при формировании рисунка
пассивирующих областей. Во-первых, ванадий характеризуется лучшей адгезией фоторезиста, чем поверхность БФСС. Во-вторых, ванадий характеризуется лучшей селективностью плазмохимического травления ПХТ по отношению к слоям БФСС, нитрида кремния,
ППКК, чем фоторезист. Если толщина маскирующего слоя ванадия менее 0,05 мкм, то его
4
BY 11157 C1 2008.10.30
пленка не будет достаточно сплошной, что приведет к ухудшению качества фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей ПХТ слоев БФСС, нитрида
кремния и ППКК. При толщине слоя ванадия более 0,1 мкм не достигается дальнейших
улучшений, что экономически нецелесообразно.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-10, где на фиг. 1 изображена структура
тиристора с меза-канавкой с пассивацией p-n-переходов, сформированной согласно способу-прототипу, включающему формирование p-n-переходов в кремниевой подложке (1),
создание меза-канавки, химическое окисление поверхности (формирование тонкого слоя
окисла кремния) (2), осаждение ППКК (3), осаждение стекла (4), формирование фотолитографией рисунка пассивирующих областей, а на фиг. 2-11 показаны этапы формирования
пассивации p-n-переходов тиристоров с меза-канавкой согласно заявляемому способу, где
на фиг. 2 показана кремниевая подложка (1) со сформированными p-n-переходами, на
фиг. 3 - структура после создания меза-канавки, на фиг. 4 - после химического окисления
поверхности, в результате которого формируется тонкий слой окисла кремния (2), на
фиг. 5 - после последовательного осаждения слоев ППКК (3), нитрида кремния (5), БФСС (6),
на фиг. 6 - после оплавления БФСС (6), на фиг. 7 - после нанесения маскирующего слоя
ванадия (7), на фиг. 8 - после формирования рисунка пассивирующих областей в слое ванадия (7), на фиг. 9 - после формирования рисунка пассивирующих областей в слоях
БФСС (6), нитрида кремния (5), ППКК (3), на фиг. 10 - после удаления маскирующего
слоя ванадия.
Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фиг. 10, используется для изготовления тиристоров с меза-канавкой с напряжением пробоя от 600 до 1500 В.
В качестве примера показано его применение для изготовления триодного тиристора
КУ 405Б. После формирования p-n-переходов активной структуры тиристора в кремниевой подложке (1) (фиг. 2) стандартными методами фотолитографии и травления создается
меза-канавка глубиной 70-80 мкм (фиг. 3). Затем последовательной обработкой подложек
в травителе КАРО (раствор серной кислоты и перекиси водорода) при температуре 100110 °С в перекисно-аммиачном растворе и снова в травителе КАРО производится химическое
окисление поверхности подложки, во время которого формируется слой окисла кремния (2)
толщиной 1,0-1,5 нм (фиг. 4). Затем последовательно химическим осаждением из газовой
фазы на установке "Изотрон 4-150" окислением моносилана закисью азота при температуре 640-670 °С и давлении 30-50 Па наносится слой ППКК (3) толщиной 0,05-0,2 мкм и
удельным сопротивлением 5×106-5×108 Ом×см, что соответствует содержанию кислорода
в ППКК 5,0-32,0 ат. %, нитрида кремния (5) (аммонолизом дихлорсилана при температуре
800-825 °С и давлении 40-60 Па) и БФСС (6) (из смеси паров тетра-этоксисилана, диметилфосфита и триметилбората при температуре 650-750 °С и давлении 30-60 Па) (фиг. 5).
После этого производится оплавление БФСС в том же реакторе установки "Изотрон 4150" или в диффузионной печи СДОМ 3/100 (фиг. 6). Далее на установке вакуумного напыления "Оратория 29" наносится маскирующий слой ванадия (7) (фиг. 7). Стандартными
методами фотолитографии и травления в маскирующем слое ванадия (7) формируется рисунок пассивирующих областей (фиг. 8). Затем через маскирующий слой ванадия (7) производят ПХТ слоев БФСС (6) (на установке LAM 590), нитрида кремния (5) и ППКК (4)
(на установке LAM 490) (фиг. 9). Затем маскирующий слой ванадия удаляется в растворе
Н2О + Н2О2 (3:1) (фиг. 10). После пассивации p-n-переходов формировали металлизацию
планарной и обратной сторон, проводили функциональный контроль тиристорных структур и контроль внешнего вида.
В табл. 1 приведены сравнительные данные по качеству тиристоров с меза-канавкой в
зависимости от параметров защитных слоев.
5
BY 11157 C1 2008.10.30
Как видно из табл. 1, при толщине слоя нитрида кремния менее 0,05 мкм и толщине
слоя БФСС менее 0,6 мкм не обеспечивается эффективная защита p-n-переходов и наблюдается снижение выхода годных тиристоров с меза-канавкой. При толщине нитрида кремния более 0,2 мкм и толщине слоя БФСС более 2,0 мкм также наблюдается снижение
выхода годных тиристоров с меза-канавкой из-за значительных остаточных механических
напряжений в многослойной пассивирующей структуре.
Таблица 1
№
п/п
Борофосфоросиликатное
стекло
Качество фото
литографии3
Нитрид
кремния
ВГ/ВП2
Параметры пассивирующих слоев
Доля отказавших
приборов, %1
Сравнительные данные по выходу годных тиристоров с меза-канавкой
и качеству фотолитографии в зависимости от пассивирующих слоев
Суммарное
ТолСодержание
Толщина,
содержание
щина,
фосфора,
мкм
бора и фосмкм
мас. %
фора, мас. %
1
0,03
0,3
6,0
3,5
15,0 0,84 плохое
2
0,05
0,6
8,0
3,8
0
3
0,12
1,3
9,0
4,5
0
4
0,2
2,0
10,0
5,0
0
5
0,25
2,4
12,0
6,0
0
стекло толщиной 20 мкм,
осажденное электрофорезом
6
5,0
Примечание
оплавление
БФСС при тем1,22 хорошее
пературе 850 °С
1,48 хорошее в течение 40 ми1,31 хорошее нут, слой ванадия толщиной
0,93 плохое
0,08 мкм
1,0
плохое
прототип
1
доля отказавших приборов определялась отношением числа тиристоров с мезаканавкой, собранных в корпус ТО-220, отказавших при испытаниях на воздействие повышенной влажности воздуха при температуре +40 °С в течение 4 суток;
2
ВГ/ВП - отношение выхода годных тиристорных структур, изготовленных согласно
заявляемому способу к выходу годных по способу-прототипу;
3
качество фотолитографии определялось после формирования рисунка пассивирующих областей под оптическим микроскопом при увеличении 50х. Критерием качества
служило отсутствие растравов и других дефектов фотолитографии.
Из табл. 1 также видно, что при суммарном содержании бора и фосфора в БФСС менее 8,0 мас. % при содержании фосфора в БФСС менее 3,8 мас. % наблюдается снижение
выхода годных тиристоров с меза-канавкой из-за остаточных механических напряжений в
слое БФСС и плохое качество фотолитографии из-за повышенной вязкости слоя БФСС и
ухудшения оплавления. При суммарном содержании бора и фосфора в БФСС более 10 мас. %
и содержании фосфора в БФСС более 5,0 мас. % также наблюдается снижение выхода
годных тиристоров с меза-канавкой и ухудшение качества фотолитографии, что обусловлено ухудшением защитных свойств пассивации и повышением химической активности
поверхности БФСС.
6
BY 11157 C1 2008.10.30
Сравнительные результаты по выходу годных тиристоров с меза-канавкой и качеству
фотолитографии в зависимости от режимов оплавления БФСС и толщины маскирующего
слоя ванадия представлены в табл. 2.
Таблица 2
Сравнительные данные по выходу годных тиристоров с меза-канавкой
и качеству фотолитографии при различных режимах оплавления БФСС
и толщине слоя ванадия
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Режим оплавления
Толщина Доля отБФСС
Качество
слоя
казавших
ВГ/ВП фотолитоПримечание
Темпе- Вреванадия, прибографии
ратура, мя,
Среда
1
мкм
ров, %
°С
мин
820
5
азот
0,08
10
1,04
плохое слой нитрида
840
15
азот
0,08
0
1,37
хорошее кремния толщиной
850
40
азот
0,08
0
1,48
хорошее 0,12 мкм, слой
860
60
азот
0,08
0
1,13
хорошее БФСС толщиной
900
80
азот
0,08
0
0,72
хорошее 1,3 мкм с суммар850
40
азот
0,03
5
0,32
плохое ным содержанием
850
40
азот
0,05
0
1,39
хорошее бора и фосфора
850
40
азот
0,1
0
1,46
хорошее 9,0 мас. % и со840
40
азот
0,15
0
1,43
хорошее держанием фосфора 4,5 мас. %
850
40 кислород
0,08
0
1,47
хорошее
Как видно из табл. 2, при оплавлении слоя БФСС при температуре менее 840 °С в течение менее 15 мин наблюдается плохое качество фотолитографии из-за недостаточной
планаризации топологического рельефа и проколов в пассивирующем покрытии на краю
меза-канавки. При оплавлении слоя БФСС при температуре более 860 °С в течение более
60 мин наблюдается резкое падение выхода годных тиристоров с меза-канавкой из-за активации процессов диффузии бора и фосфора из БФСС. Из табл. 2 также видно, что среда,
в которой проводят оплавление, не оказывает существенного влияния. Кроме того, из
табл. 2 видно, что при толщине маскирующего слоя ванадия менее 0,05 мкм наблюдается
ухудшение качества фотолитографии из-за недостаточной сплошности данного слоя. При
толщине слоя ванадия более 0,1 мкм не достигается дальнейших улучшений.
Анализ табл. 1-2 показывает, что предлагаемый способ пассивации p-n-переходов тиристоров с меза-канавкой в сравнении с прототипом позволяет улучшить эффективность
защиты, повысить выход годных тиристоров с меза-канавкой более чем в 1,13-1,48 раза и
улучшить качество фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей.
Таким образом, предлагаемый способ пассивации p-n-переходов тиристоров с мезаканавкой позволяет решить задачу улучшения эффективности защиты, повышения выхода
годных тиристоров с меза-канавкой и улучшения качества фотолитографии при формировании рисунка пассивирующих областей.
Источники информации:
1. Патент Великобритании 1294184, МПК7 Н 01L 5/00, 1972.
2. Патент Великобритании 1499845, МПК7 Н 01L 29/74, 1978.
3. Патент США 4375125, МПК7 Н 01L 21/205, 1983.
7
BY 11157 C1 2008.10.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
460 Кб
Теги
by11157, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа