close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15214

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 29/47 (2006.01)
H 01L 29/872 (2006.01)
ДИОД ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20091048
(22) 2009.07.10
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир Владимирович; Солодуха Виталий
Александрович; Кузик Сергей Владимирович; Соловьев Ярослав Александрович; Довнар Николай Александрович (BY)
BY 15214 C1 2011.12.30
BY (11) 15214
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(56) BY 10252 C1, 2008.
BY a20081657, 2009.
BY 8380 C1, 2006.
BY 10443 C1, 2008.
US 6184564 B1, 2001.
JP 57072390 A, 1982.
(57)
Диод Шоттки, содержащий сильнолегированную кремниевую подложку первого типа
проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом противоположного типа проводимости, образующим p-n-переход, вскрытое в окисле кремния окно, первый барьерный слой в
окне, содержащий платину и никель, второй барьерный слой из ванадия толщиной 0,10,3 мкм, буферный слой из алюминия или его сплавов толщиной 0,5-5,0 мкм, многослойную металлизацию анода из слоев титана, никеля и серебра, многослойную металлизацию
катода из слоев титана, никеля и серебра, отличающийся тем, что под первым барьерным
слоем выполнено углубление величиной 0,05-0,5 мкм, первый барьерный слой выполнен
многокомпонентным и дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении
компонентов, мас. %:
платина
10-30
никель
64-86
ванадий
4-6,
второй барьерный слой сформирован по размерам, равным размерам буферного слоя и
многослойной металлизации.
Фиг. 1
BY 15214 C1 2011.12.30
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к конструкции кристалла мощных диодов Шоттки, и может быть использовано в изделиях силовой электроники.
Известна конструкция диода Шоттки [1], содержащая сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, вскрытое в окисле кремния
окно, спейсеры по периметру окон из поликристаллического кремния, легированного бором, охранное кольцо противоположного типа проводимости, образующее p-n-переход с
эпитаксиальным слоем, платиносодержащий первый барьерный слой в окне, второй барьерный слой из молибдена, металлизацию анода из алюминия, металлизацию катода.
Известная конструкция диода Шоттки обладает следующими недостатками. На создание первого барьерного слоя используется большое количество дорогостоящей платины,
что ухудшает экономические показатели производства и снижает конкурентоспособность
диодов. Молибден, используемый для создания второго барьерного слоя, характеризуется
большой величиной остаточных механических напряжений, что приводит к увеличению
обратных токов и снижению выхода годных. Кроме того, большая величина остаточных
механических напряжений в пленке молибдена обуславливает слабую адгезию второго
барьерного слоя к окислу кремния, вызывает его отслоение, деградацию полевой обкладки, ухудшает качество диодов Шоттки и приводит к снижению выхода годных.
Известна конструкция диода Шоттки [2], содержащая сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом
противоположного типа проводимости, образующим p-n-переход, вскрытое в окисле
кремния окно, платиносодержащий первый барьерный слой в окне, второй барьерный
слой из тугоплавкого металла, многослойную металлизацию анода из титана, никеля и серебра, многослойную металлизацию катода из титана, никеля и серебра.
И в этой конструкции диода Шоттки на создание первого барьерного слоя используется большое количество платины, что ухудшает экономические показатели производства.
Второй барьерный слой сформирован не только в пределах контактного окна, но и на поверхности окисла кремния. Поскольку тугоплавкий металл характеризуется плохой адгезией к окислу кремния, то происходит деградация полевой обкладки из-за отслоения
второго барьерного слоя от окисла кремния, что приводит к росту величины обратных токов и снижению выхода годных диодов Шоттки. Кроме того, слой металлизации анода
сформирован непосредственно поверх второго барьерного слоя из тугоплавкого металла,
что также ухудшает качество диодов Шоттки данной конструкции, поскольку на границе
титан - тугоплавкий металл концентрируются значительные механические напряжения,
приводящие к отслаиванию металлизации анода и снижению выхода годных и надежности диодов Шоттки.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является диод Шоттки [3],
содержащий сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости со
сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа
проводимости и охранным кольцом противоположного типа проводимости, образующим
p-n-переход, вскрытое в окисле кремния окно, платиносодержащий первый барьерный
слой в окне, содержащий 10-45 ат. % никеля, второй барьерный слой из ванадия толщиной
0,1-0,3 мкм в окне с зазором между барьерным слоем и окислом кремния над охранным
кольцом, буферный слой из алюминия или его сплавов толщиной 0,5-5,0 мкм, многослойную металлизацию анода из титана, никеля и серебра, многослойную металлизацию катода из титана, никеля и серебра.
Однако и эта конструкция обладает рядом недостатков:
1. Платиносодержащий слой в окне расположен непосредственно на эпитаксиальном
слое. На поверхности пластины во вскрытых в окисле кремния окнах могут присутство2
BY 15214 C1 2011.12.30
вать остаточные загрязнения химическими реагентами, способствующие образованию
окислительных дефектов упаковки. Кроме того, на поверхности окна всегда присутствует
естественный окисел. Указанные причины приводят к чрезмерным токам утечки, ограничивают выход годных и приводят к последующим отказам диодов при эксплуатации.
2. Второй барьерный слой из ванадия в окне выполнен с зазором между барьерным
слоем и окислом кремния над охранным кольцом. Для реализации такого конструктивного
решения необходимо проведение дополнительной фотолитографии, что приводит к увеличению расхода материалов и трудоемкости.
3. Платиносодержащий слой формируют путем последовательного проведения технологических процессов нанесения слоев платины, никеля, затем термообработкой нанесенных слоев в инертной или восстановительной среде создают платиносодержащий первый
барьерный слой. Чистый никель обладает магнитными свойствами, что в процессе нанесения вызывает замыкание катодом мишени силовых линий магнитного поля, приводит к
разогреву мишени и подложек электрическим пробоем, ухудшает качество наносимых
слоев и, как следствие, контактные свойства силицидов. А последовательное нанесение
слоев платины, затем никеля удлиняет технологический цикл изготовления диодов и удорожает их производство.
4. Платиносодержащий слой содержит значительное (55-90 ат. %) количество дорогостоящей платины, что также удорожает производство и экономические показатели производства диодов Шоттки известной конструкции.
Заявляемое изобретение решает задачу снижения расхода материалов и сокращения
технологического цикла изготовления диодов Шоттки.
Сущность изобретения заключается в том, что в диоде Шоттки, содержащем сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным
кольцом противоположного типа проводимости, образующим p-n-переход, вскрытое в окисле
кремния окно, первый барьерный слой в окне, содержащий платину и никель, второй барьерный слой из ванадия толщиной 0,1-0,3 мкм, буферный слой из алюминия или его сплавов
толщиной 0,5-5,0 мкм, многослойную металлизацию анода из слоев титана, никеля и серебра,
многослойную металлизацию катода из слоев титана, никеля и серебра, под первым барьерным слоем выполнено углубление величиной 0,05-0,5 мкм, первый барьерный слой выполнен
многокомпонентным и дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов, мас. %: платина 10-30, никель 64-86, ванадий 4-6, второй барьерный слой сформирован по размерам, равным размерам буферного слоя и многослойной металлизации.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что под первым барьерным слоем выполнено углубление величиной 0,05-0,5 мкм, первый барьерный слой выполнен многокомпонентным и дополнительно содержит ванадий при следующем соотношении компонентов,
мас. %: платина 10-30, никель 64-86, ванадий 4-6, второй барьерный слой сформирован по
размерам, равным размерам буферного слоя и многослойной металлизации.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Углубление, выполненное под барьерным слоем, обеспечивает чистоту границы раздела силицид - кремний.
Таким образом обеспечиваются качественный выпрямляющий контакт диода Шоттки,
увеличение процента выхода годных и надежности работы диода. Углубление величиной
менее 0,05 мкм не обеспечивает воспроизводимость границы раздела в окне между первым барьерным слоем и эпитаксиальным слоем и повышения выхода годных диодов Шоттки. Углубление величиной более 0,5 мкм приводит к обрывам многослойной
металлизации и "норкам" по периметру окна в окисле кремния и, как следствие, к снижению выхода годных и надежности диодов Шоттки.
Введение ванадия в состав первого барьерного слоя позволяет создать немагнитный
многокомпонентный состав, тем самым исключить в процессе его осаждения замыкание
3
BY 15214 C1 2011.12.30
катодом мишени силовых линий магнитного поля, разогрев мишени и подложек электрическим пробоем, улучшить качество наносимых слоев и контактные свойства силицидов.
Первый барьерный слой содержит 10-30 мас. % платины, что в 3-9 раз меньше, чем у
наиболее близкого технического решения. Кроме того, слой наносится в одном процессе
напыления. Указанные факторы позволяют снизить расход платины, сократить технологический цикл, повысить экономические показатели изготовления диодов Шоттки и их
конкурентоспособность на рынке полупроводниковых приборов. Содержание платины в
слое менее 10 мас. % недостаточно для получения качественной пленки силицида, обеспечения заданных вольт-амперных характеристик диода в области высоких температур.
Увеличение содержания платины более 30 мас. % не приводит к дальнейшему улучшению
заданных характеристик - обратного тока и прямого напряжения диода - при возрастании
затрат, что экономически нецелесообразно.
Содержание никеля в первом барьерном слое менее 64 мас. %, а соответственно,
увеличение платины и ванадия ухудшают однородность первого барьерного слоя и, следовательно, контакта. Увеличение содержания никеля более 86 мас. % приводит к уменьшению содержания платины и ванадия, увеличению магнитных свойств сплава,
ухудшению качества наносимых слоев и контактных свойств силицида.
Содержание ванадия в слое менее 4 мас. % не обеспечивает создания немагнитного
многокомпонентного слоя, а содержание ванадия в слое более 6 мас. % приводит к
уменьшению содержания платины и никеля, ухудшению качества наносимых слоев и контактных свойств силицида.
В заявляемой конструкции второй барьерный слой сформирован по размерам, равным
размерам буферного слоя и многослойной металлизации. Таким образом, все слои могут
быть созданы в одном процессе фотолитографии. Это позволяет исключить из технологического маршрута операцию "фотолитография" по формированию второго барьерного
слоя с зазором между барьерным слоем и окислом кремния над охранным кольцом. Формирование второго барьерного слоя с размерами, отличными от размеров буферного слоя
и многослойной металлизации в большую или меньшую сторону, требует дополнительного проведения операции "фотолитография".
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-2, где на фиг. 1 изображен поперечный
разрез структуры диода Шоттки - прототипа, содержащего сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости (1) со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости (2) и охранным кольцом
противоположного типа проводимости (4), образующим p-n-переход, вскрытое в окисле
кремния (3) окно (5), платиносодержащий первый барьерный слой (6) в окне (5), второй
барьерный слой (7) из ванадия в окне (5) с зазором между барьерным слоем (7) и окислом
кремния (3) над охранным кольцом (4), буферный слой из алюминия или его сплавов (8),
многослойную металлизацию анода из титана (9), никеля (10) и серебра (11), многослойную металлизацию катода из титана (12), никеля (13) и серебра (14).
На фиг. 2 изображена структура диода Шоттки согласно формуле заявляемого устройства, содержащего сильнолегированную кремниевую подложку первого типа проводимости (1) со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того
же типа проводимости (2) и охранным кольцом противоположного типа проводимости (4),
образующим p-n-переход, вскрытое в окисле кремния (3) окно (5), углубление величиной
0,05-0,5 мкм, многокомпонентный первый барьерный слой (6) в окне (5), второй барьерный слой (7) из ванадия в окне (5) по размерам, равным размерам буферного слоя (8) и
многослойной металлизации анода из титана (9), никеля (10) и серебра (11), многослойную металлизацию катода из титана (12), никеля (13) и серебра (14).
Изображенная на фиг. 2 структура может быть изготовлена следующим образом (на
примере диода Шоттки КДШ 2140): в исходной эпитаксиальной n +/ n-структуре стандартными методами фотолитографии и диффузии формируется область охранного кольца
4
BY 15214 C1 2011.12.30
p-типа проводимости. При помощи фотолитографии вскрывается контактное окно требуемой конфигурации, в котором затем создают углубление величиной 0,05-0,5 мкм. Методом магнетронного распыления в одном технологическом процессе на кремниевую
подложку наносится многокомпонентный слой, содержащий платину, ванадий и никель,
производится термообработка полученной структуры с целью получения первого барьерного слоя, сопровождающаяся образованием силицидов платины и никеля. После удаления непрореагировавших остатков на подложку наносится слой ванадия, затем слои
алюминия или его сплавов, титана, никеля и серебра с последующей фотолитографией,
формирующей конфигурацию анода. Обратная сторона подложки со сформированными
структурами диодов Шоттки подвергается шлифовке, после чего на нее последовательно
наносятся слои титана, никеля и серебра металлизации катода.
Работает предлагаемый диод Шоттки следующим образом. Многокомпонентный платиносодержащий первый барьерный слой (6) (фиг. 2) образует выпрямляющий контакт с
эпитаксиальным слоем (2) n-типа проводимости и обеспечивает заданные электрические
свойства диода Шоттки - обратный ток, прямое напряжение, коэффициент неидеальности
и др. Охранное кольцо (4) служит для устранения краевых токов утечки по периметру выпрямляющего контакта. Углубление, выполненное под первым барьерным слоем (6),
обеспечивает чистоту границы раздела силицид - кремний. С областью p-типа охранного
кольца (4) платиносодержащий первый барьерный слой образует омический контакт. Второй барьерный слой (7) предотвращает диффузию и твердофазные реакции между вышележащими слоями металлизации анода и первым барьерным слоем (6) в области
выпрямляющего контакта. Буферный слой (8) и металлизация анода титан (9) - никель
(10) и серебро (11), сформированные поверх окисла кремния (3), служат полевой обкладкой по наружному периметру охранного кольца и предотвращают поверхностный пробой
p-n-перехода при обратном смещении, а также обеспечивают однородное распределение
тока по всей площади диода Шоттки и создают необходимые условия для подсоединения
внешнего вывода с планарной стороны кристалла диода Шоттки. Металлизация катода
титан (12) - никель (13) - серебро (14) обеспечивает омический контакт к обратной стороне и создает необходимые условия для монтажа кристалла диода Шоттки к кристаллодержателю.
В табл. 1 приведены сравнительные данные по электрическим параметрам и выходу годных диодов Шоттки в зависимости от содержания компонентов первого барьерного слоя.
Таблица 1
Сравнительные данные по содержанию платины в диодах Шоттки и выходу
годных в зависимости от содержания компонентов в первом барьерном слое
Содержание
Обратный Обратный Прямое
компонентов Сп/С
ВГ/ВГп
ток (мкА) ток (мА) напряжение
первого ба- (отн.
(отн.
Примечание
(45 B,
(45 B,
(B) (15A,
№ п/п
рьерного
ед.)
ед.)
25 °С)
125 °С)
25 °С)
слоя (мас. %)
V Pt Ni
платиносодержащий
1
3 9 88 9,11
25
14,2
0,687
1,08 слой сформирован в
одном процессе
2
4 10 86 9,1
9,1
3,5
0,669
1,21
нанесения.
При со3
5 20 75 6,24
0,79
0,6
0,662
1,49
здании многослой4
6 30 64 3,01
0,85
0,7
0,659
1,43
ной металлизации
исключена
одна "фо5
7 31 62 3,02
1,8
2,3
0,648
1,1
толитография"
6
прототип
1,0
25,3
15,1
0,688
1,0
5
BY 15214 C1 2011.12.30
Показатель Cп/C определялся как отношение расчетного содержания платины в тысяче диодов Шоттки, изготовленных по прототипу, к содержанию платины в тысяче диодов
Шоттки, изготовленных по заявляемому варианту. Показатель ВГ/ВГп определяется как
отношение выхода годных диодов Шоттки, изготовленных по заявляемому варианту, к
выходу годных диодов Шоттки, изготовленных по прототипу.
Как видно из табл. 1, наилучшие результаты при решении поставленной задачи достигаются при формировании первого барьерного слоя многокомпонентным, состоящим из
ванадия, платины и никеля. При этом оптимальным является следующее соотношение
компонентов, мас. %: соответственно платины 10-30, никеля 64-86, ванадия 4-6.
Анализ табл. 1 показывает, что предлагаемая конструкция в сравнении с прототипом,
позволяет сократить цикл изготовления диодов Шоттки на две технологические операции,
сократить расход платины и других материалов, а также увеличить выход годных в 1,211,49 раза. При этом решается одна из важнейших проблем металлизации - получить сплав,
состав которого сохраняет стабильность при формировании и на последующих стадиях
изготовления и эксплуатации. Избыток или недостаток отдельных компонентов сплава
может привести к нарушению функционирования диода Шоттки.
В табл. 2 приведены сравнительные данные по характеристикам диодов Шоттки в зависимости от размеров углубления под первым барьерным слоем.
Таблица 2
Сравнительные данные по характеристикам диодов Шоттки в зависимости
от размеров углубления под первым барьерным слоем
Содержание
Прямое
Размеры компонентов Обратный ток Обратный ток
напряжение
(мА) (45 B,
№ п/п углубления первого барь- (мкА) (45 B,
ВГ/ВГп
(B) (15A,
(мкм)
ерного слоя
25 °С)
125 °С)
25 °С)
(мас. %)
1
0,03
V-5
21
14,1
0,682
1,05
2
0,05
Pt-20
8,7
3,2
0,664
1,33
3
0,25
Ni-75
0,75
0,2
0,658
1,46
4
0,50
0,81
0,3
0,655
1,37
5
0,55
1,6
2,1
0,643
1,03
Pt - 75 ат. %
6
прототип
23,2
15,4
0,683
1
Ni - 25 ат. %
Как видно из табл. 2, наилучшие результаты по электропараметрам и выходу годных
диодов Шоттки достигаются при формировании под первым барьерным слоем углубления
размером 0,05-0,5 мкм. Углубление менее 0,05 мкм приводит к росту обратного тока диода, вызванного наличием остаточных дефектов на границе раздела между первым барьерным слоем и эпитаксиальным слоем, и, как следствие, снижению выхода годных.
Увеличение углубления более 0,5 мкм также приводит к увеличению обратного тока диода, что вызвано обрывами металлизации на сформированном рельефе.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет решить поставленную задачу, а
именно снизить расход платины и других материалов, сократить цикл изготовления диодов Шоттки.
Источники информации:
1. Патент США 4796069, МПК H 01L 29/48, 1989.
2. Патент США 4408216, МПК H 01L 29/48, 1983.
3. Патент РБ 10252, МПК H 01L 29/48, 2007.
6
BY 15214 C1 2011.12.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
162 Кб
Теги
by15214, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа