close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11278

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 ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДА ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20070577
(22) 2007.05.17
(43) 2007.12.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир
Владимирович; Солодуха Виталий
Александрович; Соловьев Ярослав
Александрович; Кузик Сергей Владимирович (BY)
BY 11278 C1 2008.10.30
BY (11) 11278
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) BY 8449 C1, 2006.
BY a 20050251, 2005.
RU 2134467 C1, 1999.
DE 4218685 A1, 1993.
US 4691435 A, 1987.
КОЗЛОВСКИЙ В.В. и др. Модифицирование полупроводников пучками протонов. Физика и техника полупроводников, 2000. - Т. 34. Вып. 2. - С. 143144.
(57)
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
углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч, формирование в окне барьерного слоя
электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, отличающийся тем, что после вскрытия в
окисле кремния окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки
ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см2 для формирования геттерирующего слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое.
Фиг. 9
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления мощных диодов Шоттки, и может быть использовано в изделиях силовой электроники.
BY 11278 C1 2008.10.30
Известен способ изготовления диода Шоттки [1], включающий окисление сильнолегированной 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
барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Однако в данном способе выпрямляющие свойства диода Шоттки сильно зависят от
состояния границы раздела барьерного слоя с кремнием, где существует высокая вероятность наличия естественного окисла кремния, химических соединений или адсорбированных газов, что обусловливает высокие значения обратных токов и низкий выход годных
диодов Шоттки, изготовленных согласно данному способу. Кроме того, в данном способе
барьерный слой формируют не только в пределах окна в окисле кремния, но и за его пределами, что приводит к отслаиванию барьерного слоя от поверхности окисла кремния,
также обусловливающему рост обратных токов и снижение выхода годных диодов Шоттки.
Известен способ изготовления диода Шоттки [2], включающий окисление сильнолегированной 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, формирование металлизации электрода Шоттки,
формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Формирование барьерного слоя электрода Шоттки в окне исключает его отслаивание
от поверхности окисла кремния, что повышает стабильность характеристик диодов Шоттки. Однако и в данном способе на границе раздела барьерного слоя с кремнием существует высокая вероятность наличия естественного окисла кремния, химических соединений
или адсорбированных газов, что обусловливает высокие значения обратных токов и низкий выход годных диодов Шоттки, изготовленных согласно данному способу.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления диода Шоттки [3], включающий 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 углубления в эпитаксиальном слое
величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в
течение 2-6 ч, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование
металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм улучшает
чистоту границы раздела металл - кремний, сводит к минимуму толщину естественного
окисла кремния, удаляет с поверхности органические загрязнения, адсорбированные газы
и химические соединения, что позволяет снизить величину обратного тока и повысить
выход годных. Кроме того, отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в
течение 2-6 ч позволяет произвести геттерирование примесей и дефектов кристаллической
структуры из активной области диода Шоттки, что также способствует снижению обратных токов и повышению выхода годных. Однако эффективность геттера в данном способе
является низкой, поскольку геттерирующий слой, поглощающий в себе металлические
примеси и дефекты из объема кремниевой подложки, отсутствует как таковой. Поэтому и
данный способ характеризуется наличием высоких токов утечки и низким выходом годных диодов Шоттки.
В основу изобретения положена задача уменьшения обратных токов и повышения выхода годных диодов Шоттки.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления диода Шоттки,
включающем окисление сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимо2
BY 11278 C1 2008.10.30
сти, со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитак-сиальном слое охранного кольца р-типа проводимости,
вскрытие в окисле кремния окна, формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение
2-6 часов, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, после вскрытия в окисле кремния окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см2
для формирования геттерирующего слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое.
Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показал, что
заявляемый способ отличается от известного тем, что после вскрытия в окисле кремния
окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода
или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см2 для формирования геттерирующего
слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Известно, что величина токов утечки диодов Шоттки определяется высотой барьера Шоттки, плотностью
поверхностных состояний на границе металл-кремний, а также током генерации носителей заряда в области обеднения диода Шоттки [4, 5]. Ионное легирование непланарной
стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015
ат./см2 создает геттерирующий слой, который при термической активации оттягивает на
себя быстродиффундирующие примеси и дефекты кристаллической решетки из объема
кремниевой подложки и эпитаксиального слоя. Это снижает ток генерации носителей заряда в области обеднения диода Шоттки и повышает совершенство кристаллической
структуры кремния на границе раздела с барьерным слоем электрода Шоттки. Как следствие, обратный ток диодов Шоттки уменьшается, а выход годных увеличивается. Если
энергия ионов составляет менее 100 кэВ, а доза - менее 1013 ат./см2, то созданный геттерирующий слой не будет обладать достаточной эффективностью, а значит, положительного
эффекта наблюдаться не будет. При энергии ионов более 100 кэВ и дозе более 1013 ат./см2
дальнейших улучшений наблюдаться не будет, что экономически нецелесообразно.
Осуществление ионного легирования ионами водорода или гелия после вскрытия в
окисле кремния окна обусловлено следующими причинами. Во-первых: на данной стадии
изготовления диода Шоттки уже выполнены все высокотемпературные операции окисления и диффузии, которые генерируют дефекты кристаллической решетки, а также резко
снижают эффективность геттерирующего слоя. Во-вторых: на данной стадии изготовления на обратной стороне кремниевой подложки отсутствует слой окисла кремния, который препятствует имплантации ионов водорода или гелия непосредственно в кремний.
Проведение отжига при температуре 550-650 °С в среде азота или аргона в течение 2-6
часов перед формированием углубления в эпитаксиальном слое выполняют с целью активации геттерирующего слоя после ионного легирования ионами водорода или гелия. Если
отжиг проводить после формирования углубления в эпитаксиальном слое, то вместе с
эпитаксиальным слоем травлению будет подвергаться и обратная сторона подложки, а
значит, геттерирующий слой будет удален до его активации.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-9, где на фиг. 1 показана кремниевая подложка n-типа проводимости (1) со сформированным слаболегированным эпитаксиальным
слоем того же типа проводимости (2), на фиг. 2 - структура после окисления, на фиг. 3 после формирования в эпитаксиальном слое (2) охранного кольца р-типа проводимости
(4), на фиг. 4 - после вскрытия в окисле (3) окна, на фиг. 5 - после ионного легирования
непланарной стороны подложки (1) ионами водорода или гелия, на фиг. 6 - после формирования углубления в эпитаксиальном слое, фиг. 7 - после формирования в окне барьерно3
BY 11278 C1 2008.10.30
го слоя электрода Шоттки (6), на фиг. 8 - после формирования металлизации электрода
Шоттки (7), на фиг. 9 - после формирования металлизации непланарной стороны подложки
(1).
Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фиг. 9, может быть
использован для изготовления диодов Шоттки с пробивными напряжениями от 20 до 100 В.
В качестве примера показано его применение для изготовления диода Шоттки SB 340.
Сначала проводили окисление исходной структуры (фиг. 1), состоящей из легированной мышьяком кремниевой подложки с ориентацией (111) и удельным сопротивлением
0,003 Ом⋅см (1) со сформированным эпитаксиальным слоем толщиной 4,5-5,5 мкм и
удельным сопротивлением 0,55-0,65 Ом⋅см (2) при температуре 950 °С до толщины окисла (3) 0,35-0,41 мкм (фиг. 2). Затем стандартными методами фотолитографии ионного легирования бором дозой 9 мкКл при ускоряющем напряжении 60 кВ и диффузии при
температуре 1050 °С в среде кислорода формировали охранное кольцо р-типа проводимости (4) глубиной 1,1 мкм с поверхностным сопротивлением 1000 Ом/кв. и толщиной окисла 0,43 мкм (фиг. 3). После этого фотолитографией вскрывали окно в окисле (3) (фиг. 4) и
проводили ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия, в результате чего на обратной стороне подложки формировался геттерирующий слой
(5) (фиг. 5). Далее проводили активацию геттерирующего слоя путем отжига при температуре 600 °С в течение 4 ч в атмосфере азота и в травителе НNО3 : Н3СООН : НF : Н2О
(объемное соотношение 0,28 : 0,210 : 0,035 : 0,475), формировали углубление в эпитаксиальном слое величиной 0,2-0,25 мкм (фиг. 6). Затем методами магнетронного распыления
и фотолитографии формировали в окне барьерный слой электрода Шоттки (6) из молибдена (фиг. 7) и металлизацию электрода Шоттки (7) Al-Si/Ti/Ni-V/Ag (фиг. 8). После этого
проводили утонение структуры до остаточной толщины 300 мкм шлифовкой непланарной
стороны связанным абразивом и магнетронным распылением формировали металлизацию
непланарной стороны подложки (8) Ti/Ni-V/Ag (фиг. 9).
Результаты измерения электрических параметров диодов Шоттки, изготовленных согласно предложенному способу, в сравнении с прототипом представлены в таблице.
Сравнительные данные по величине обратных токов и выходу годных диодов
Шоттки в зависимости от режимов формирования геттерирующего слоя
Режим ионного легирования
Измеренные параметры
1
Ir
(45
В,
№ п/п Тип
Доза,
Энергия,
CKO Ir (45 В, ВГ/ВГп2, Примечание
25 °С),
2
ионов
ат./см
кэВ
5 °С), мкА
Отн. ед.
мкА
Н+
60
77,2
10,6
1,02
5×1012
1
+
12
Не
60
78,3
10,3
1,03
5×10
H+
1013
100
73,6
8,9
1,09
2
+
13
Не
10
100
72,9
8,6
1,11
+
14
Н
10
120
71,5
5,4
1,17
3
Не +
1014
120
71,3
5,6
1,18
+
15
Н
10
150
71,7
6,5
1,14
4
+
15
Не
10
150
72,3
6,2
1,15
15
Н+
180
72,3
7,2
1,12
5×10
5
+
15
Не
180
72,7
7,6
1,10
5×10
6
Не проводится
85,5
21,5
1,00
Прототип
1
- величину обратных токов при напряжении 45 В и температуре 25 °С измеряли по
всем кристаллам на пластине при помощи измерительной системы КАШС установки зондового контроля ЭМ 610 с записью в ПЭВМ каждого измеренного значения, в таблице
4
BY 11278 C1 2008.10.30
приведены среднее значение параметра и его СКО для всех кристаллов, в которых отсутствуют дефекты типа "обрыв" и "короткое замыкание", погрешность измерения 1 мкА.
2
- показатель определяли как отношение выхода годных относительно выхода годных
диодов Шоттки, изготовленных по способу-прототипу по результатам функционального
контроля.
Как видно из таблицы, диапазоны дозы легирования ионами водорода или гелия от
13
10 до 1015 ат./см2 и энергии ионов от 100 до 150 кэВ являются оптимальными. При дозе
менее 1013 ат./см2 и энергии ионов менее 100 кэВ не наблюдается значительных улучшений из-за малой мощности геттерирующего слоя. При дозе ионов более 1015 ат./см2 и
энергии более 150 кэВ не наблюдается дальнейших улучшений.
Анализ таблицы показывает, что заявляемый способ изготовления диода Шоттки позволяет уменьшить обратные токи на 16,1-19,9 %, уменьшить их разброс в 1,3-2,1 раза и
увеличить выход годных диодов Шоттки на 9-18 %.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу уменьшения обратных токов и повышения выхода годных диодов Шоттки.
Источники информации:
1. Schottky Rectifiers // Elcoma Bulletin, - 1984. - P. 8-9.
2. Патент Великобритании 2341276, МПК Н 01L 21/329, 2000.
3. Патент РБ 8449, МПК Н 01L 21/329, 2006.
4. Родерик Э.Х. Контакты металл-полупроводник: Пер. с англ. / Под ред. Г.В. Степанова. - М.: Радио и связь, 1982. - 208 с.
5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ. Кн. 1. - М.: Мир, 1984. 456 с.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
5
BY 11278 C1 2008.10.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
514 Кб
Теги
by11278, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа