Спосіб виготовлення високовольтних діодів

Спосіб виготовлення високовольтних діодів в епітаксійному шарі першого типу провідності, нанесеному на високолеговану підкладку того ж типу провідності, який включає нанесення на епітаксійний шар нітриду кремнію, першу фотолітографію C2 2 (19) 1 3 ного осадження металів [Кремниевые планарные транзисторы. Под ред. Я.А. Федотова.- М.: Сов. радио,1973. - с.42]. В цьому способі використовується тільки одна фотолітографія, а товщина епітаксійного шару оптимальна. Але до недоліків такого способу виготовлення варто віднести: - прояву ефекту перерозподілу (сегрегації) домішки на межі розділу кремній-окисел кремнію, що впливає на концентрацію домішки в кремнії на межі розділу кремній-окисел кремнію; - наявність у захисному високотемпературному окислі кремнію позитивного заряду, який відштовхує рухомі позитивні заряди (дірки). Якщо р-n перехід формується дифузією бора в епітаксійний шар n-типу провідності, то через перерозподіл домішки частина атомів бора йде в шар окисла кремнію і концентрація домішки р-типу на межі розділу Si-SiO2 значно зменшується. Позитивний заряд в окислі кремнію відштовхує позитивні заряди (дірки) і притягає негативні (електрони). У результаті поблизу межі розділу відбувається скривлення фронту р-n переходу, а це приводить до зменшення напруги лавинного пробою р-n переходу. В основу винаходу покладено задачу створення способу виготовлення високовольтних діодів, технологічні особливості якого забезпечили б можливість підвищення напруги лавинного пробою рn переходу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення високовольтних діодів в епітаксійному шарі першого типу провідності, нанесеного на високолеговану підкладку того ж типу провідності, який включає нанесення на епітаксійний шар нітриду кремнію, першу фотолітографію по нітриду кремнію, формування меза-структури, високотемпературне окислювання, селективне видалення нітриду кремнію над меза-структурами, формування р-n переходу за допомогою дифузії домішки другого типу провідності та формування металізації за допомогою хімічного або гальванічного осадження металів, - формування мезаструктури здійснюють за допомогою процесу анодного окислювання кремнію в розчині слабких кислот при напрузі (35-125)В у два етапи, - на першому етапі пористий анодний окисел формують глибиною рівною глибині р-n переходу та проводять додаткову дифузію домішки другого типу провідності в бічні стінки, після чого проводять другий етап анодного окислювання в режимах, аналогічних першому. Мінімальна границя напруги для одержання пористого окислу визначається температурою електроліту та питомим опором епітаксійного шару і для температур електроліту в діапазоні (5-100)°С та питомого опору в діапазоні (0,2-80)Ом×см вона складає значення 35В. Максимальна границя напруги визначається температурою електроліту, вимогами безпеки персоналу та швидкістю росту окислу. Тому вона обмежовується значенням 125В. Суттєвою відмінністю запропонованого способу виготовлення високовольтних діодів від прототипу є застосування двох етапів процесу анодного 87043 4 окислювання при високій напрузі замість процесу травлення кремнію в хімічних речовинах та використання додатковій дифузії в бічні стінки мезаструктури, використовуючи при цьому тільки одну фотолітографію. У запропонованому способі виготовлення високовольтних діодів в процесі анодного окислювання при високій напрузі відбувається ріст товстих шарів пористого анодного окислу кремнію з вертикальними стінками строго по границях вікон, сформованих шляхом фотолітографії. На першому етапі анодне окислювання проводиться так, щоб глибина окислу в кремнії була приблизно рівною глибини р-n переходу, після чого проводиться дифузія бора в бічні стінки мезаструктури такою дозою домішки, щоб компенсувати вплив позитивного заряду в високотемпературному окислі кремнію та компенсувати зменшення концентрації бора в кремнії на межі розділу Si-SiO2 через ефект сегрегації. Додаткова дифузія домішки проводиться через шар пористого окислу кремнію, що забезпечує "м'яку" дифузію в кремній, а це не впливає на рівень зворотних струмів та на величину напруги пробою. Після додаткової дифузії домішки проводиться другий етап процесу анодного окислювання при високій напрузі на глибину, яка рівна або більше ширині області об'ємного заряду р-n переходу при напрузі пробою, що забезпечує розділення дифузійних областей мезаструктур та плоский фронт р-n переходу. В результаті утворюється максимально можливе значення напруги лавинного пробою. Приклад. Для виготовлення високовольтних діодів використовують кремнієву одношарову n-n+ епітаксійну структуру з епітаксійним шаром 1 (Фіг.1) з питомим опором r=4,5Ом×см и товщиною h=22мкм, нанесеного на підкладку - 2 марки ЭКЭС 0,01. Після первинної хімічної обробки на структуру наносять шар нітриду кремнію 3, товщиною 0,1±0,03мкм в установках типу «Изотрон» при температурі 650±20°С, і проводять першу фотолітографію по нітриду, залишаючи закритими зони 4 під майбутні меза-структури. Потім проводять перший етап анодного окислювання в розчині лимонної або борної кислоти при постійній напрузі (35-125)В для одержання шарів пористого окислу 5, які проникають у кремній на глибину 1,5-2мкм і проводять дифузію бора в бічні стінки меза-структури через пористий окисел при температурі 1025-1050°С на глибину 0,50,6мкм для одержання бічних дифузійних областей 6. Проводять другий етап процесу анодного окислювання в тому самому електроліті та при напрузі, як в першому етапі, так, щоб загальна глибина проникнення пористого окислу в кремній склала 15-25мкм. Після цього, шари пористого анодного окислу кремнію видаляють у водяному розчині плавикової кислоти та проводять високотемпературне окислювання для одержання щільного якісного захисного шару високотемпературного окислу кремнію 7 (Фіг.2), після чого проводять селективне видалення шарів нітриду кремнію, що залишилися 5 87043 над меза-структурами, в киплячій ортофосфорній кислоті. Потім проводять дифузію бора шляхом дифузійного впровадження бора при температурі 1050°С або іонного легування бором дозою 440600мкКл/см2 і наступну розгонку в дифузійній печі при температурах 1070-1100°С до глибини дифузійного шару 8 порядку 1,5±0,2мкм. Після цього проводять видалення шару б.с.с. (боросилікатного стекла) і хімічне осадження шару металізації 9. Порівняння електричних параметрів діодів, виготовлених за технологією прототипу (KB 114) та діодів виготовлених за технологією по вищевказаному прикладу показало, що напруга лавинного пробою підвищується на 12-18%, з величини 195205В до 230-240В. Також збільшився вихід придатних з 8% до 13%. Таким чином, запропонований спосіб в порівнянні з відомими технічними рішеннями виготовлення високовольтних діодів характеризується Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 простотою виконання, надійністю одержання бажаних результатів, що приводить до підвищення виходу придатних, зниження собівартості готового продукту та підвищення зручності при використанні. Все це обумовлює його широке промислове застосування. Додатковим позитивним ефектом запропонованого способу виготовлення є: - поліпшення умов охорони праці та техніки безпеки, тому що для процесу анодного окислювання застосовуються розчини більш слабких та менш шкідливих кислот, чим при хімічному травленні; - висока повторюваність площі р-n переходів порівняно з хімічним процесом травлення мезаструктур, що приводить до одержання малого розкиду електричних параметрів діодів для різних партій, а це збільшує галузі застосування таких приладів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601