close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12057

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
H 01L 29/66
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДА ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20070948
(22) 2007.07.24
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Соловьев Ярослав Александрович; Емельянов Виктор Андреевич;
Солодуха Виталий Александрович;
Глухманчук Владимир Владимирович (BY)
BY 12057 C1 2009.06.30
BY (11) 12057
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) BY 9449 C1, 2007.
BY 7113 C1, 2005.
RU 2105385 C1, 1998.
SU 1581142 A1, 1996.
JP 56088376 A, 1981.
JP 57049277 A, 1982.
(57)
Способ изготовления диода Шоттки, включающий создание геттерирующего слоя
двухсторонним полированием подложек n-типа проводимости свободным абразивом с последующим полированием планарной стороны подложки, нанесение на планарную сторону подложки слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости,
окисление, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца p-типа проводимости,
вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, создание металлизации электрода Шоттки, удаление геттерирующего слоя шлифованием непланарной стороны подложки, создание металлизации непланарной стороны
подложки, отличающийся тем, что после полирования планарной стороны подложки на
непланарной стороне подложки формируют защитный слой осаждением слаболегированного эпитаксиального слоя n-типа проводимости толщиной 3-6 мкм, или химическим осаждением из газовой фазы слоя окисла кремния толщиной 0,3-1,0 мкм, или
последовательным нанесением химическим осаждением из газовой фазы слоя окисла
кремния толщиной 0,3-1,0 мкм и слоя поликристаллического кремния толщиной 0,1-1,0 мкм.
Фиг. 11
BY 12057 C1 2009.06.30
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления мощных диодов Шоттки, и может быть использовано в изделиях силовой электроники.
Известен способ изготовления диода Шоттки [1], включающий нанесение на планарную сторону сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимости слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, окисление, формирование в
эпитаксиальном слое охранного кольца p-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния
окна, формирование барьерного слоя электрода Шоттки, создание металлизации электрода Шоттки и металлизации непланарной стороны подложки.
Однако данному способу присущ целый ряд недостатков. Из-за отсутствия геттерирующего слоя диоды Шоттки, изготовленные данным способом, характеризуются большим разбросом обратных токов и напряжений и низким выходом годных диодов Шоттки.
Отсутствие на непланарной стороне подложки защитного слоя перед нанесением эпитаксиального слоя приводит к загрязнению эпитаксиального слоя примесями из подложки и
является дополнительным фактором, обусловливающим увеличение разброса обратных
напряжений и снижение выхода годных диодов Шоттки. Кроме того, формирование барьерного слоя электрода Шоттки за пределами окна приводит к отслаиванию барьерного
электрода Шоттки от поверхности окисла за пределами охранного кольца, что означает
потерю полевой обкладки диода Шоттки, и также приводит к невоспроизводимости обратных напряжений и снижению выхода годных диодов Шоттки.
Известен способ изготовления диодов Шоттки [2], включающий нанесение на планарную сторону сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимости, слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, окисление, формирование
в эпитаксиальном слое охранного кольца p-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, создание металлизации электрода Шоттки и металлизации непланарной стороны подложки.
В данном способе благодаря формированию барьерного слоя электрода Шоттки в окне
уменьшается разброс обратных напряжений и снижение выхода годных, обусловленных
потерей полевой обкладки при отслаивании барьерного слоя электрода Шоттки от поверхности окисла. Однако из-за отсутствия геттерирующего слоя и данный способ отличается большим разбросом обратных токов и пробивных напряжений, обусловливающим
низкий выход годных диодов Шоттки. Кроме того, отсутствие на непланарной стороне
подложки защитного слоя перед нанесением эпитаксиального слоя в данном способе также приводит к загрязнению эпитаксиального слоя примесями из подложки и обусловливает увеличение разброса обратных напряжений и снижение выхода годных диодов Шоттки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изготовления диода Шоттки [3], включающий создание геттерирующего слоя двухсторонним полированием подложек n-типа проводимости свободным абразивом с последующим
полированием планарной стороны подложки, нанесение на планарную сторону подложки
слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, окисление, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца p-типа проводимости, вскрытие в
окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, создание
металлизации электрода Шоттки, удаление геттерирующего слоя шлифованием непланарной стороны подложки, создание металлизации непланарной стороны подложки.
Благодаря формированию геттерирующего слоя в данном способе снижается величина
разброса токов и обратных напряжений. Однако ввиду отсутствия перед нанесением эпитаксиального слоя на непланарной стороне подложки защитного слоя в данном способе
происходит загрязнение эпитаксиального слоя примесями по краю подложки, что приводит к увеличению разброса обратных напряжений и снижению выхода годных диодов
Шоттки.
В основу изобретения положена задача повышения выхода годных диодов Шоттки и
уменьшения разброса пробивных напряжений.
2
BY 12057 C1 2009.06.30
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления диода Шоттки,
включающем создание геттерирующего слоя двухсторонним полированием подложек nтипа проводимости свободным абразивом с последующим полированием планарной стороны подложки, нанесение на планарную сторону подложки слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, окисление, формирование в эпитаксиальном
слое охранного кольца p-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, создание металлизации электрода Шоттки, удаление геттерирующего слоя шлифованием непланарной стороны подложки,
создание металлизации непланарной стороны подложки, после полирования планарной
стороны подложки на непланарной стороне подложки формируют защитный слой осаждением слаболегированного эпитаксиального слоя n-типа проводимости толщиной 36 мкм, или химическим осаждением из газовой фазы слоя окисла кремния толщиной 0,31,0 мкм, или последовательным нанесением химическим осаждением из газовой фазы
окисла кремния толщиной 0,3-1,0 мкм и слоя поликристаллического кремния толщиной
0,1-1,0 мкм.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что после полирования планарной стороны
подложки на непланарной стороне подложки формируют защитный слой осаждением
слаболегированного эпитаксиального слоя n-типа проводимости толщиной 3-6 мкм, или
химическим осаждением из газовой фазы слоя окисла кремния толщиной 0,3-1,0 мкм, или
последовательным нанесением химическим осаждением из газовой фазы окисла кремния
толщиной 0,3-1,0 мкм и слоя поликристаллического кремния толщиной 0,1-1,0 мкм.
Использование идентичной или сходной последовательности действий для решаемой
задачи не обнаружено.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Концентрация доноров в слаболегированном эпитаксиальном слое выбирается исходя из требуемой величины
обратного напряжения диода Шоттки и, как правило, находится в пределах 1015-1016 см-3.
В то же время, для минимального падения прямого напряжения диода Шоттки концентрация доноров в сильнолегированной кремниевой подложке превышает 1019 см-3. При этом
содержание других электрически активных примесей в подложке может достигать 0,01 %,
или 1015 см-3, что сравнимо с концентрацией доноров в эпитаксиальном слое. Таким образом, в способах-аналогах и прототипе при нанесении слаболегированного эпитаксиального слоя химическим осаждением из газовой фазы при температуре 1000-1200 °С
происходит его автолегирование содержащимися в подложке примесями, испаряющимися
с ее поверхности при данной температуре. Это приводит к невоспроизводимым электрическим свойствам слаболегированного эпитаксиального слоя по периметру подложки, что
обусловливает разброс обратных напряжений и снижение выхода годных диодов Шоттки.
Формирование на непланарной стороне подложки защитного слоя осаждением слаболегированного эпитаксиального слоя n-типа проводимости позволяет создать барьер и исключить автолегирование эпитаксиального слоя примесями из подложки на стадии его
нанесения, а также при выполнении последующих высокотемпературных операций формирования активной структуры диода Шоттки. Если толщина защитного эпитаксиального
слоя менее 3,0 мкм, то эффективной защиты от загрязнения автолегированием примесями
из подложки не будет вследствие их сквозной диффузии через защитный эпитаксиальный
слой. Это, в свою очередь, приведет к разбросу обратных напряжений и снижению выхода
годных диодов Шоттки. Нанесение защитного эпитаксиального слоя толщиной более
6,0 мкм нецелесообразно по экономическим соображениям.
Формирование защитного слоя химическим осаждением из газовой фазы слоя окисла
кремния также позволяет создать барьер и исключить автолегирование эпитаксиального
слоя примесями из подложки на стадии его нанесения, а также при выполнении высокотемпературных операций формирования активной структуры. Химическое осаждение
3
BY 12057 C1 2009.06.30
слоя окисла кремния из газовой фазы в данном случае более предпочтительно вследствие
относительно низкой температуры процесса (менее 850 °С), а также в связи с возможностью осаждения защитного слоя только на обратной стороне подложки. В случае термического окисления слой окисла формируется с двух сторон подложки, и поэтому требуется
дополнительная операция по его удалению с планарной стороны, что экономически нецелесообразно. При толщине защитного слоя окисла кремния менее 0,3 мкм эффективного
барьера против автолегирования эпитаксиального слоя примесями из подложки не происходит, что приводит к увеличению разброса обратных напряжений и снижению выхода
годных диодов Шоттки. Формирование защитного слоя окисла кремния толщиной более
1,0 мкм экономически нецелесообразно.
Нанесение слоя поликристаллического кремния (ПКК) поверх защитного слоя окисла
кремния позволяет придать ему дополнительную стойкость при формировании активной
структуры диода Шоттки. Так, если вскрытие в окисле окна производят жидкостным химическим травлением, то при этом, как правило, удаляется окисел на непланарной стороне подложки. Таким образом, непланарная сторона подложки вновь становится
источником загрязнений эпитаксиального слоя примесями при выполнении высокотемпературных операций окисления и диффузии. Если толщина слоя ПКК менее 0,1 мкм, то защитный слой окисла кремния на непланарной стороне подложки удаляется при
выполнении фотолитографии, и на последующих термодиффузионных операциях происходит загрязнение эпитаксиального слоя примесями из подложки, рост токов утечки и их
разброса, снижение выхода годных. Нанесение слоя ПКК толщиной более 1,0 мкм экономически нецелесообразно.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1-11, где на фиг. 1 показана исходная сильнолегированная кремниевая подложка n-типа проводимости (1), на фиг. 2 - структура после
формирования геттерирующего слоя (2) на непланарной стороне подложки двухсторонним полированием свободным абразивом с последующим полированием планарной стороны подложки, на фиг. 3 - после нанесения защитного слоя на непланарную сторону
подложки, на фиг. 4 - после нанесения эпитаксиального слоя, на фиг. 5 - эпитаксиальная
структура после окисления, на фиг. 6 - после формирования охранного кольца, на фиг. 7 после вскрытия в окисле окна, на фиг. 8 - после формирования в окне барьерного слоя
электрода Шоттки, на фиг. 9 - после создания металлизации электрода Шоттки, на фиг. 10 после шлифовки непланарной стороны подложки, на фиг. 11 - структура после создания металлизации непланарной стороны.
Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фиг. 11, может быть
использован для изготовления диодов Шоттки с пробивными напряжениями от 20 до
200 В. В качестве примера показано его применение для изготовления диода Шоттки SB
360. Исходную подложку монокристаллического кремния (1), легированного мышьяком с
удельным сопротивлением 0,003 Ом⋅см и ориентацией (111) (фиг. 1), подвергали двухстороннему полированию на станке двухсторонней полировки СДП-100 винилискожей замшевой галантерейной с абразивной суспензией алмазной пасты ACM 3/2 ПОМГ в смеси
трансформаторного масла и этилового спирта, в результате чего на обеих сторонах исходной подложки (1) формировался геттерирующий слой. Затем проводили химикомеханическое полирование планарной стороны подложки на станке типа "Ладья", во время которого снимали слой толщиной 20-25 мкм (фиг. 2). Далее на обратную сторону подложки на установке эпитаксиального наращивания "Эпиквар" наносили эпитаксиальный
слой n-типа проводимости (3) заданной толщины удельным сопротивлением 0,520,0 Ом⋅см восстановлением тетрахлорида кремния водородом (фиг. 3). Защитный слой из
окисла кремния формировали окислением паров тетраэтоксисилана кислородом на установке "Изотрон 4-150", а слой поликристаллического кремния также наносили на установке "Изотрон 4-150" пиролизом моносилана. После формирования защитного слоя на
установке "Эпиквар" наносили эпитаксиальный слой n-типа проводимости (4) толщиной
4
BY 12057 C1 2009.06.30
5,5-6,5 мкм и удельным сопротивлением 1,3-1,4 Ом⋅см на планарную сторону подложки
(фиг. 4). Далее проводили окисление полученной эпитаксиальной структуры в диффузионной системе "Оксид 3ПО" при температуре 950 °С до толщины окисла (5) 0,35-0,41 мкм
(фиг. 5). Стандартным методом фотолитографии вскрывали окна в окисле для формирования охранного кольца и проводили ионную имплантацию бором дозой 9 мкКл/см2 при ускоряющем напряжении 60 кВ. Последующим отжигом структуры в диффузионной
системе СДОМ 3/100 при температуре 1050 °С в среде кислорода формировали охранное
кольцо (6) глубиной 1,1 мкм с поверхностным сопротивлением 1000 Ом⋅см и толщиной
окисла 0,43 мкм (фиг. 6). Фотолитографией вскрывают окно в окисле (фиг. 7). После химической обработки пластин в горячих растворах H2SO4 + H2O2 + H2O, H2O2 + NH4OH + H2O
и травления эпитаксиального слоя на глубину до 0,25 мкм в травителе
HNO3 + H3COOH + HF + H2O (либо другого состава) на установке вакуумного напыления "Оратория 29" наносили слой молибдена толщиной 0,3 мкм, а фотолитографией в окне окисла кремния формировали барьерный слой электрода Шоттки (7) (фиг. 8). Затем на
установке вакуумного напыления "Оратория 29" наносили слой алюминия толщиной
3 мкм, а на установке вакуумного напыления "Магна 2М" - трехслойную металлизацию
Ti/Ni-V/Ag, с последующим формированием электрода Шоттки (8) (фиг. 9). Далее планарную сторону подложки защищали лентой и производили утонение пластины до толщины 300 мкм шлифовкой непланарной стороны подложки алмазным кругом на
установке "DISCO DFG - 83/Н" с последующим снятием защитной ленты (фиг. 10). После
этого формировали металлизацию непланарной стороны (9) нанесением трехслойной
структуры Ti/Ni-V/Ag на установке "Магна 2М".
Сравнительные данные по величине обратного напряжения, его разбросу и выходу годных диодов Шоттки при различных вариантах защиты обратной стороны перед нанесением эпитаксиального слоя приведены в таблице.
Сравнительные данные по характеристикам диодов Шоттки с различной защитой
обратной стороны перед нанесением эпитаксиального слоя
Структура
CKO обОбратное
№
защитного слоя
ратного
напряВГ/ВГП
Примечание
напряп/п Материал Толщина,
жение1, В
жения, В
мкм
1 эпитакси1,5
71,81
2,76
1,04
жидкостное травление
SiO2 при формировании
2
3,0
72,63
1,59
1,18
альный
охранного кольца
слой n3
4,5
73,12
1,28
1,24
типа
про4
6,0
72,91
1,47
1,21
5 водимости
7,5
72,85
1,66
1,16
6
0,1
71,68
3,44
1,02
плазменное травление
SiO2 при формировании
7
0,3
71,93
1,63
1,14
охранного кольца
8
0,7
72,21
1,45
1,21
SiO2
9
1,0
72,58
1,52
1,21
10
1,3
72,16
1,74
1,20
11
0,7
69,08
3,22
1,08
жидкостное травление
SiO2 при формировании
12
0,1/0,05
72,13
2,98
1,03
охранного кольца
13
0,3/0,1
72,24
1,52
1,16
14 SiO2/ ПКК 0,7/ 0,6
72,35
1,36
1,23
15
1,0/1,0
72,41
1,41
1,21
16
1,2/1,2
72,22
1,67
1,21
17
отсутствует
71,41
5,17
1,00
прототип
1
- обратное напряжение измеряли при величине обратного тока 10 мА при помощи
управляемой от ПЭВМ автоматизированной измерительной системы с установкой зондо5
BY 12057 C1 2009.06.30
вого контроля ЭМ 610, в таблице приведены среднее значение параметра и его CKO для
всех измеренных кристаллов, в которых отсутствуют дефекты типа "обрыв" и "короткое
замыкание", погрешность измерения 10 мВ.
2
- показатель ВГ/ ВГп определяли как отношение выхода годных, полученного для данного варианта, к выходу годных способа-прототипа.
Как видно из таблицы, эффективная защита от автолегирования обеспечивается при
нанесении на обратную сторону подложки слаболегированного эпитаксиального слоя nтипа проводимости толщиной 3-6 мкм, либо слоя окисла кремния толщиной 0,3-1,0 мкм,
либо слоя окисла кремния толщиной 0,3-1,0 мкм и слоя поликристаллического кремния
толщиной 0,1-1,0 мкм.
Анализ таблицы показывает, что заявляемое изобретение по сравнению с прототипом
позволяет уменьшить разброс обратного напряжения в 3,1-4,0 раза и увеличить выход
годных диодов Шоттки на 14-23 %.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления диода Шоттки позволяет решить
задачу уменьшения разброса обратных напряжений и повышения выхода годных диодов
Шоттки.
Источники информации:
1. Патент US 4899199, МПК H 01L 29/48, 1990.
2. Патент BY 8449 C1, МПК H 01L 21/329, 2006.
3. Заявка BY а20050251, МПК H 01L 29/872, 2005.
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
6
BY 12057 C1 2009.06.30
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
149 Кб
Теги
патент, by12057
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа