close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13177

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
H 01L 29/66
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДА ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20080935
(22) 2008.07.15
(43) 2009.02.28
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Солодуха Виталий Александрович; Кузик Сергей Владимирович; Соловьев Ярослав Александрович (BY)
BY 13177 C1 2010.04.30
BY (11) 13177
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) BY 8449 C1, 2006.
BY 9449 C1, 2007.
RU 2166221 C1, 2001.
JP 2001068689 A, 2001.
JP 2001077379 A, 2001.
US 6184564 B1, 2001.
US 5888891 A, 1999.
(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, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, отличающийся тем, что
формирование охранного кольца p-типа проводимости осуществляют диффузией бора из
неограниченного источника путем подъема температуры от первоначального уровня до
950-1000 °С в инертной среде, выдержки в данных условиях в течение 30-70 мин, понижения температуры до первоначального уровня в окислительной среде, удаления боросиликатного стекла, отжига при температуре 1040-1060 °С в инертной среде в течение 120180 мин с последующим пирогенным окислением при температуре 980-1020 °С в течение
40-80 мин.
BY 13177 C1 2010.04.30
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, устойчивых к
воздействию статического электричества.
Известен способ изготовления диода Шоттки [1], включающий окисление сильнолегированной кремниевой подложки n-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, формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Однако из-за отсутствия охранного кольца имеет место наличие высоких краевых токов утечки по периферии электрода Шоттки при приложении обратного смещения диода,
а максимальная величина обратного напряжения данного диода Шоттки не превышает
20 В, что обусловливает невозможность изготовления диодов Шоттки с требуемыми характеристиками, устойчивых к воздействию статического электричества.
Известен способ изготовления диода Шоттки [2], 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 в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Формирование охранного кольца в данном способе позволяет ликвидировать краевые
токи утечки, уменьшить величину обратного тока и повысить обратное напряжение диода
Шоттки, и, вследствие этого, повысить устойчивость диода Шоттки к воздействию статического электричества напряжением до 2 кВ. Однако из-за невоспроизводимого состояния
границы раздела барьерного слоя электрода Шоттки с кремнием, обусловленного наличием естественного окисла кремния, органических загрязнений, адсорбированных газов и
химических соединений. Поэтому данный способ характеризуется неоднородным протеканием тока по площади из-за наличия локальных неоднородностей барьера Шоттки, обусловливающих снижение обратного напряжения и ухудшение устойчивости диодов
Шоттки к воздействию статического электричества.
Наиболее близким к предлагаемому 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 ионным легированием бором с последующей диффузией, вскрытие в окисле кремния окна, формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной
0,05-0,5 мкм, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки.
Формирование в данном способе углубления в эпитаксиальном слое позволяет значительно улучшить однородность выпрямляющего контакта барьерного слоя электрода
Шоттки с кремнием и тем самым повысить обратное напряжение диода Шоттки и его устойчивость к воздействию статического электричества напряжением до 4 кВ. Однако из-за
использования при формировании охранного кольца р-типа проводимости ионного легирования бором данный способ характеризуется недостаточной величиной обратного напряжения, плохой его воспроизводимостью и устойчивостью к воздействию статического
электричества.
В основу изобретения положена задача повышения обратного напряжения и улучшения устойчивости диодов Шоттки к воздействию статического электричества.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления диода Шоттки,
включающем окисление сильнолегированной кремниевой подложки n-типа проводимости
2
BY 13177 C1 2010.04.30
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, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, отличающийся тем, что формирование охранного кольца р-типа проводимости
осуществляют диффузией бора из неограниченного источника путем подъема температуры от первоначального уровня до 950-1000 °С в инертной среде, выдержки в данных условиях в течение 30-70 мин, понижения температуры до первоначального уровня в
окислительной среде, удаления боросиликатного стекла, отжига при температуре 10401060 °С в инертной среде в течение 120-180 мин с последующим пирогенным окислением
при температуре 980-1020 °С в течение 40-80 мин.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что
заявляемый способ отличается от известного тем, что формирование охранного кольца
р-типа проводимости осуществляют диффузией бора из неограниченного источника путем
подъема температуры от первоначального уровня до 950-1000 °С в инертной среде, выдержки в данных условиях в течение 30-70 мин, понижения температуры до первоначального уровня в окислительной среде, удаления боросиликатного стекла, отжига при
температуре 1040-1060 °С в инертной среде в течение 120-180 мин с последующим пирогенным окислением при температуре 980-1020 °С в течение 40-80 мин.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Анализ диодов
Шоттки, отказавших после воздействия статического электричества, показал, что пробой
происходит по наружному периметру охранного кольца р-типа проводимости. Из уровня
техники известно, что снижение обратного напряжения планарного р-n-перехода определяется радиусом его цилиндрической части [1]. При формировании охранного кольца
ионным легированием бором с последующим отжигом наблюдается преимущественная
диффузия бора вглубь эпитаксиального слоя. Это обусловлено, во-первых, минимальным
попаданием примеси под маску окисла кремния при ионном легировании, а во вторых,
радиационным стимулированием диффузии вглубь за счет дефектов кристаллической решетки, внесенных ионным легированием. Поэтому в способе-прототипе происходит
уменьшение радиуса цилиндрической части охранного кольца и, следовательно, величины
обратного напряжения. Кроме того, в способе-прототипе из-за низкой концентрации бора
в охранном кольце наблюдается обусловленная наличием встроенного положительного
заряда в окисле кремния инверсия типа проводимости в его приповерхностной части, где
и локализуется пробой. При формировании р-n-перехода охранного кольца двухстадийной диффузией бора, включающей загонку примеси из неограниченного источника
с последующей разгонкой, решаются сразу две проблемы. Во-первых, диффузия бора
вглубь эпитаксиального слоя и под маску окисла происходит с одинаковой скоростью, а
значит, радиус закругления р-n-перехода будет равен глубине его залегания, что позволяет
достигнуть теоретического предела величины обратного напряжения для цилиндрической
части р-n-перехода. Во-вторых, поверхностная концентрация бора после двухстадийной
диффузии будет в несколько раз выше, чем после ионного легирования с последующим
отжигом, что снижает вероятность пробоя р-n-перехода охранного кольца в приповерхностной части.
Диффузия бора из неограниченного источника путем подъема температуры от первоначального уровня до 950-1000 °С в инертной среде, выдержки в данных условиях в течение 30-70 мин, понижения температуры до первоначального уровня в окислительной
среде необходима для создания легированной бором области кремния с концентрацией
примеси на уровне предельной растворимости бора в кремнии (загонки примеси). Подъем
температуры от первоначального уровня до 950-1000 °С в инертной среде необходимо
проводить для предотвращения окисления поверхности кремния, препятствующего рас3
BY 13177 C1 2010.04.30
творению бора кремнием. Если процесс загонки производить без предварительного нагрева либо с нагревом в окислительной среде, то образующийся на поверхности слой окисла
кремния будет препятствовать загонке, что приведет к снижению поверхностной концентрации бора, приводящей к снижению обратного напряжения диода Шоттки и ухудшению
устойчивости к воздействию статического электричества. При температуре загонки 9501000 °С в инертной среде наблюдается максимальная растворимость бора в кремнии, а
инертная среда обеспечивает отсутствие окисла кремния на поверхности, препятствующего растворению бора. Если температура диффузии бора из неограниченного источника
будет менее 950 °С, а время менее 30 мин, то на поверхности не будет сформирован слой
достаточно большой степени легирования бором, а значит, это приведет к низкой поверхностной концентрации бора в охранном кольце, приводящей к снижению обратного напряжения и ухудшению устойчивости диода Шоттки к воздействию статического
электричества.
Понижение температуры до первоначального уровня в окислительной среде проводят
для образования на поверхности кремния боросиликатного стекла с минимальным содержанием борного ангидрида. Если понижение температуры до первоначального уровня
проводить в инертной среде, то в боросиликатном стекле будет наблюдаться повышенное
содержание борного ангидрида, что затрудняет его удаление из-за низкой скорости травления. Это приводит к невоспроизводимости параметров и ухудшению устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества.
Удаление боросиликатного стекла (БСС) проводят для повышения воспроизводимости
параметров диодов Шоттки. Если удаление БСС не проводится, то при вскрытии окна в
окисле кремния из-за низкой скорости травления БСС будут наблюдаться невоспроизводимость параметров и ухудшение устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества.
Отжиг при температуре 1040-1060 °С в инертной среде в течение 120-180 мин проводят для формирования требуемой глубины залегания р-n-перехода охранного кольца (разгонки бора). Если отжиг проводить при температуре менее 1040 °С менее 120 мин, то
глубина залегания р-n-перехода охранного кольца будет слишком мелкой для получения
воспроизводимой величины обратного напряжения и устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества. Если отжиг проводить при температуре более
1040 °С в течение более 180 мин, то глубина залегания р-n-перехода охранного кольца будет слишком большой, а поверхностная концентрация бора в охранном кольце пониженной, что приведет к снижению величины обратного напряжения и ухудшению
устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества. Если отжиг проводить в окислительной среде, то поверхностная концентрация бора в охранном кольце
будет слишком малой вследствие перераспределения бора между кремнием и окислом
кремния. Это также приводит к ухудшению устойчивости диода Шоттки к воздействию
статического электричества.
Пирогенное окисление при температуре 980-1020 °С в течение 40-80 мин проводят для
формирования слоя окисла кремния требуемой толщины. Если пирогенное окисление
проводить при температуре менее 980 °С менее 40 мин, то толщина полученного слоя
окисла будет недостаточной, что приведет к снижению выхода годных, что экономически
нецелесообразно. Если пирогенное окисление проводить при температуре более 1020 °С
более 80 мин, то произойдет обеднение поверхностной области охранного кольца бором
вследствие перераспределения бора между кремнием и окислом кремния, что приводит к
ухудшению устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества.
Сущность изобретения поясняется фигурой поперечного разреза диода Шоттки, изготовленного согласно заявляемому способу.
Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фигуре, используется для изготовления диодов Шоттки с пробивными напряжениями от 20 до 100 В. В ка4
BY 13177 C1 2010.04.30
честве примера показано его применение для изготовления диода Шоттки SB 160. Сначала производят окисление исходной структуры, состоящей из легированной мышьяком
кремниевой подложки (1) с ориентацией (111) и удельным сопротивлением 0,003 Ом⋅см
со сформированным эпитаксиальным слоем (2) толщиной 6,5-7,5 мкм и удельным сопротивлением 0,65-0,75 Ом⋅см, в диффузионной системе "Оксид 3ПО" при температуре
950 °С до толщины окисла кремния (3) 0,35-0,41 мкм. Фотолитографией производится
вскрытие окна в окисле для формирования охранного кольца. Затем проводят диффузию
бора из твердых источников бора (загонку бора) следующим образом [4]. Твердые источники бора размещают напротив кремниевых пластин в кварцевой лодочке, кварцевую лодочку с размещенными на ней кремниевыми пластинами и твердыми источниками бора
загружают в кварцевый реактор термодиффузионной системы СДОМ 3/10 с первоначальным уровнем температуры 850 °С, выдерживают при данной температуре в потоке азота,
нагревают до температуры диффузии в потоке азота, проводят диффузию бора в течение
требуемого времени в потоке азота, охлаждают в потоке азота с кислородом до первоначального уровня температуры и выгружают из кварцевого реактора термодиффузионной
системы. После этого с пластин удаляют боросиликатное стекло в водном растворе плавиковой кислоты HF:Н2О = 1:3. Далее пластины загружают в кварцевый реактор термодиффузионной системы "ОКСИД-3ПО" с первоначальным уровнем температуры 850 °С в
потоке азота, повышают температуру реактора до заданной в потоке азота, проводят отжиг при данной температуре в среде азота в течение требуемого времени, понижают температуру и проводят пирогенное окисление (окисление в среде кислорода, увлажненного
сжиганием в нем водорода) в течение требуемого времени, снижают температуру до первоначального уровня и выгружают пластины из реактора. В результате формируется охранное кольцо р-типа проводимости (4) с глубиной залегания 1,0-1,5 мкм и
поверхностным сопротивлением 50-90 Ом/кв., а толщина сформировавшегося окисла (3)
составляет 0,3-0,5 мкм. После этого фотолитографией вскрывается окно в окисле кремния
(3) и в эпитаксиальном слое формируется углубление величиной 0,25 мкм, на установке
вакуумного напыления "Оратория 29" наносится слой молибдена толщиной 0,3 мкм, фотолитографией в окне окисла кремния формируется барьерный слой электрода Шоттки
(5). Затем последовательным напылением слоя алюминия толщиной 1,5 мкм, а также слоев титана, сплава никель-ванадий и серебра с последующей фотолитографией формируют
металлизацию электрода Шоттки (6). После этого непланарную сторону подложки шлифуют до толщины 250-350 мкм и последовательным нанесением слоев титана, сплава никель-ванадий и серебра формируют металлизацию непланарной стороны подложки (7).
Результаты сравнительных испытаний диодов Шоттки, изготовленных согласно предлагаемому способу, в зависимости от режимов диффузии бора из неограниченного источника представлены в табл. 1.
5
BY 13177 C1 2010.04.30
Таблица 1
окислительная
окисли850→950 инертная 950 инертная 30 950→850
тельная
окисли850→970 инертная 970 инертная 50 970→850
тельная
окисли850→1000 инертная 1000 инертная 70 1000→850
тельная
окисли850→1050 инертная 1050 инертная 90 1050→850
тельная
Не проводится
970 инертная 50
Не проводится
окислиокислиинерт970
90 970→850
850→970
тельная
тельная
ная
2
ионное легирование бором дозой 9 мкКл/см и энергией 60 кэВ
через слой окисла кремния толщиной 0,1 мкм
850→925 инертная 925 инертная
20
925→850
1
Обратное напряжение, В2
ВГ/ВГП1
Среда
Температура, °С
Понижение
Время, мин
Среда
Температура, °С
Выдержка
Среда
Температура, °С
Подъем
Стойкость к воздействию статического электричества3
Сравнительные характеристики диодов Шоттки в зависимости
от режимов диффузии бора
Примечание
0,96 61
нет
1,02 66
есть
1,09 69
есть
1,03 68
есть
0,94 63
нет
0,87 62
нет
0,62 59
нет
снятие БСС
проводили, отжиг выполняли
при температуре 1050 °С в
среде азота в
течение
160 мин, пирогенное окисление проводили
при температуре 1000 °С в
течение 60 мин
1,00 65
нет
прототип
- параметр ВГ/ВГП определяли как отношение выхода годных диодов Шоттки на
пластине, изготовленной в соответствии с описываемым примером, к выходу годных диодов Шоттки согласно способу-прототипу.
2
- обратное напряжение измеряли при обратном токе 10 мА.
3
- стойкость к воздействию статического электричества определяли путем подачи разряда статического электричества напряжением 20 кВ на анодный вывод диода Шоттки,
собранного в корпус КТ-28. Критерием годности являлось отсутствие деградации электрических характеристик диода Шоттки после воздействия статического электричества во
всех приборах от выборки из 50 штук.
Как видно из табл. 1, наиболее оптимальными условиями диффузии бора из неограниченного источника является подъем от первоначального уровня до диапазона температур
950-1000 °С в инертной среде, выдержка в данных условиях в течение 30-70 минут и понижение температуры до первоначального уровня в окислительной среде. При нарушении
данных условий наблюдается уменьшение выхода годных, обратного напряжения диодов
Шоттки, а также ухудшение их устойчивости к воздействию электростатического разряда.
Результаты сравнительных испытаний диодов Шоттки, изготовленных согласно предлагаемому способу, в зависимости от режимов отжига и пирогенного окисления представлены в табл. 2.
6
BY 13177 C1 2010.04.30
Таблица 2
1020
1040
1050
1060
1080
90 950
120 980
160 1000
180 1020
200 1050
30
40
60
80
100
160 1000
60
160
-
ВГ/ВГП1
Время, мин
Время, мин
Среда
Температура, °С
Снятие БСС
инертная
инертная
инертная
инертная
инертная
окисли- 1050
тельная
окисли- 1050
тельная
+
+
+
+
+
Температура, °С
Пирогенное
окисление
Отжиг
0,59
1,03
1,09
1,02
0,29
Обратное напряжение, В2
Стойкость к воздействию
статического электричества3
Сравнительные характеристики диодов Шоттки в зависимости
от режимов отжига и пирогенного окисления
56
67
69
66
53
Примечание
нет
есть
есть
есть
нет
"+" - проводится, "-" - не проводится; диффузию
бора из неограниченного источника проводили
с подъемом температуры с 850 до 970 °С в
инертной среде, выдержкой в данных условиях
в течение 50 мин и понижением до 850 °С в
0,12 58 нет окислительной среде
1,00 65 нет
прототип
Как видно из табл. 2, если температура отжига выходит за пределы диапазона 10401060 °С, время отжига - за пределы диапазона 120-180 мин и при этом отжиг проводится в
окислительной среде, то наблюдается снижение выхода годных, уменьшение обратного напряжения диодов Шоттки и ухудшение их устойчивости к воздействию статического электричества. Из табл. 2 также видно, что если пирогенное окисление проводится вне пределов
диапазона температуры 980-1020 °С и времени 40-80 мин в окислительной среде, то это также
приводит к снижению выхода годных, уменьшению обратного напряжения диодов Шоттки и
ухудшению их устойчивости к воздействию статического электричества. Кроме того, из табл.
2 видно, что если снятие БСС после диффузии бора из неограниченного источника не выполняется, то наблюдается снижение выхода годных, уменьшение обратного напряжения диодов
Шоттки и ухудшение их устойчивости к воздействию статического электричества.
Анализ табл. 1, 2 показывает, что предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом позволяет повысить обратное напряжение диодов Шоттки на 1,5-3,4 % увеличить выход годных на 2-9 % и улучшить их устойчивость к воздействию статического
электричества до 20 кВ.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу повышения обратного напряжения и улучшения устойчивости диодов Шоттки к воздействию статического электричества.
Источники информации:
1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - С. 456.
2. Патент GB 2341276 А, МПК Н 01L 21/329, 2000.
3. Патент BY 8449 С1, МПК Н 01L 21/329, 2006.
4. Патент BY 10529 С1, МПК Н 01L 21/02, 2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
400 Кб
Теги
by13177, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа