Спосіб виготовлення структур діода з бар’єром шотткі

Спосіб виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі, що включає осадження нітриду і дво Запропонований винахід відноситься до технологи мікроелектроніки і може бути використаний у виробництві кремнієвих ДІОДІВ з бар'єром Шотткі ВІДОМИЙ спосіб виготовлення діода з бар'єром Шотткі (Круглов А И , Крусь А П , Беляев А А Оптимизация изопланарной технологии изготовления диодных структур с целью уменьшения процессов дефектообразования и улучшения параметров приборов с барьером Шоттки / Электронная техника Сер 8 Выпуск 2(134), 1989 — с 7 0 - 7 4 ) , у якому з метою зниження рівня зворотного струму ДІОДІВ формують буферний шар S1O2 між маскою із S13N4 і кремнієвою підкладкою та гетеруючий шар на зворотній стороні пластини Спосіб має наступні недоліки 1) гетерування та введення буферного шару, знижуючи густину структурних дефектів в активних областях дюдних структур, не забезпечують істотного очищення захисного шару S1O2 від небажаних домішок, 2) велика додаткова трудомісткість використання операцій гетерування та формування буферного шару S1O2 і необхідність мати спеціальне устаткування для проведення гетерування Найбільш близьким по своїй технологічній сутності до запропонованого способу є спосіб виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі (Круглов А И , Самойлов Н А Исследование процесса формирования выпрямляющих контактов NI-SI диодов с барьером Шоттки / Электронная техника Сер 2 Выпуск 2 (175), 1985 — с 88 - 90), який включає послідовне нанесення на поверхню структури нітриду і двооксиду кремнію, фотолітографію, травлення меза-структур та їх окислення, видалення нітриду кремнію з контактних майданчиків, формування на них випрямляючих контактів оксиду кремнію на кремнієві пластини, фотолітографію, травлення меза-структур і їх термічне окислення, видалення нітриду кремнію з контактних майданчиків і формування на них випрямляючих контактів, який відрізняється тим, що перед видаленням нітриду кремнію проводять дифузію бору в робочу сторону пластин при Т = 950 1050°С протягом 20-30 хвилин в інертному середовищі з додаванням сухого кисню (3-5 об %) З метою поліпшення ВАХ і чинника ідеальності ДІОДІВ хімічне очищення структур перед напиленням нікелю, що формує бар'єр Шотткі, проводять послідовною обробкою в розчинах HF + НгО = 1 20 протягом 7 - Юс і Н2О2 + NH4OH + Н2О = 1 1 4 протягом 60с з наступною промивкою у воді і сушкою на центрифузі, а після формування випрямляючого контакту структури відпалюють у вакуумі при температурі 380°С Спосіб має істотний недолік комплексне хімічне очищення структур перед вакуумним напиленням нікелю і їх подальший після формування випрямляючого контакту відпал, поліпшуючи якість поверхні кремнію на контактних майданчиках і адгезію нікелю до кремнію, не приводять до суттєвого очищення об'єму захисної плівки S1O2 від домішкових забруднень, наявність яких в шарі S1O2 приводить до підвищення рівня зворотного струму ДІОДІВ, що зменшує їх вихід Задачею запропонованого винаходу є створення способу виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі, технологічні особливості якої забезпечили б підвищення виходу придатних дюдних структур шляхом зменшення рівня їх зворотних струмів Поставлена задача вирішена тим, що на кремнієву пластину наносять нітрид і двооксид кремнію S1O2, виконують фотолітографію, проводять травлення меза-структур і подальше їх термічне окислення, видаляють нітрид кремнію з контактних майданчиків і формують на них випрямляючі контакти, причому перед видаленням нітриду кремнію проводять дифузію бору в робочу сторону пластин при Т = 950 - 1050°С протягом 20 - ЗО хвилин в інертному середовищі з додаванням сухого кисню 00 ю ю 55798 (З-5 об %) Істотною ВІДМІННІСТЮ запропонованого способу виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі від відомого способу є те, що перед видаленням нітриду кремнію додатково проводять дифузію бору в робочу сторону пластин в діапазоні температур 950 - 1050°С протягом 20 - ЗО хвилин в суміші інертного газу і кисню Невелика добавка кисню (3 - 5 об %) в дифузійне середовище необхідна для запобігання ерозії вирощуваного шару боросилікатного скла і його розтріскування, погіршуючим його геттеруючі властивості У відомому способі перед осадженням нікелю, що формує бар'єр Шотткі, проводять комплексне хімічне очищення дюдних структур їх послідовною обробкою в розчинах HF + Н2О = 1 20 протягом 7 - Юс і Н2О2 + NH4OH + Н2О = 1 1 4 протягом 60с з подальшою промивкою у воді і сушкою на центрифузі, а також відпал структур у вакуумі при 380°С після формування випрямляючого контакту, які не забезпечують очищення об'єму захисної плівки SiO2 від домішкових забруднень Наявність небажаних домішок в ПЛІВЦІ SIO 2 (зазвичай це домішки натрію, калію і важких металів) приводить до підвищення рівня зворотних струмів ДІОДІВ і його нестабільності, знижуючи їх ВИХІД В запропонованому способі перед видаленням нітриду кремнію додатково проводять дифузію бору в робочу сторону пластин, в процесі якої на поверхні захисної плівки SiO2 формується шар боросилікатного скла, володіючий геттеруючою дією по відношенню до домішкових забруднень, які зазвичай попадають в вирощуваний при термічному окисленні шар SiO2 із стінок кварцової труби і окислювального середовища За допомогою геттеруючої дії боросилікатного скла в процесі дифузії відбувається глибоке очищення захисного шару SiO2 від небажаних домішок, що дозволяє значно знизити рівень зворотного струму дюдних структур і, отже, підвищити їх вихід Крім того вирощений на поверхні SiO2 шар боросилікатного скла запобігає попаданню в об'єм захисного шару SiO2 небажаних домішок на подальших технологічних операціях, пов'язаних з нагрівом дюдних структур "Вакуумне осадження металу, що формує бар'єр Шотткі" (З робочої сторони пластини) і "Вакуумне осадження металів, що формує омічний контакт" (з неробочої сторони пластини) В порівнянні з відомим способом виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі позитивний ефект досягається за рахунок геттеруючої дії плівки боросилікатного скла, вирощеної на поверхні пластин в процесі дифузії бору, що додатково проводиться, на небажані домішки в захисному шарі SiO2, поглинаючій їх в процесі дифузії і запобігаючій їх попаданню в SiO2 на подальших технологічних операціях ДОСЛІДНИЦЬКІ результати показали, що проведення дифузії бору при Т 1050°С небажано Дослідницьким ШЛЯХОМ установлено, що мінімальний час дифузії бору, що забезпечує помітне підвищення виходу придатних дюдних структур за рахунок видалення домішок з плівки SiO2, складає 20 хвилин Збільшення часу дифузії до ЗО хвилин підвищує ефективність дифузійної обробки, однак подальше збільшення часу дифузії практично не позначається на ефективності використання запропонованого способу Приклади конкретного здійснення Запропонований спосіб був випробуваний у виробництві ДІОДІВ ШОТТКІ Приклад 1 На кремнієву епітаксійну структуру 1 (Фіг 1) n-типу провідності завтовшки Змкм, з концентрацією основних носив заряду 1016см 3 і орієнтацією підкладки 2 (111) після стандартної хімічної обробки послідовно наносять шари нітриду 3 і двооксиду кремнію 4, товщиною ВІДПОВІДНО 0,1 і 0,Змкм Методами фотолітографії формують мезаструктури заввишки 0,5мкм, використовуючи як маску круглі ділянки нітриду кремнію діаметром 50мкм Окисляють меза-структури при температурі 1050°С протягом 2,5г з наступним чергуванням циклів окисляючого середовища сухий О2 (10 хвилин) - пари води (100 хвилин) - сухий О2 (10 хвилин) і завершальним відпалом в атмосфері аргону протягом ЗО хвилин Товщина вирощеного захисного шару двооксиду кремнію 5 склала 0,7мкм (Фіг 2) Потім проводять дифузію бору методом відкритої труби з джерела домішки В2Оз при температурі 950°С протягом ЗО хвилин в суміші аргону (100л/г) і сухого кисню (4л/г) При цьому на поверхні захисного шару двооксиду кремнію утворюється плівка боросилікатного скла 6 Видалення нітриду кремнію з контактних майданчиків проводять в киплячій ортофосфорній кислоті (час травлення ЗО хвилин), заздалегідь витримавши структури в травителі HF + Н2О = 1 20 протягом 20с Після ХІМІЧНОЇ обробки на робочу сторону пластин методом вакуумного термічного випаровування осаджують шар нікелю 7 завтовшки О.Змкм і проводять методами фотолітографії формування випрямляючих контактів діаметром бОмкм (Фіг 3) Шліфують пластину з боку підкладки і формують на ній омічний контакт послідовним нанесенням шарів титану 8, нікелю 9 (методом вакуумного термічного випаровування) і золота 10 (методом гальванічного осадження) Проводять контроль електричних параметрів виготовлених дюдних структур Приклад 2 Виготовлення дюдних структур проводять за технологією, описаною в прикладі 1, із тією різницею, що дифузію бору проводять при температурі 1000°С протягом 25 хвилин Приклад 3 Виготовлення дюдних структур проводять ВІДПОВІДНО до технологи, описаної в прикладі 1 На відміну від прикладів 1 і 2 дифузію бору проводять при температурі 1050°С протягом 20 хвилин Приклад 4 Дюдні структури виготовляють по технологи, описаній в прикладі 1 з використанням режимів дифузії прикладу 2 (температура дифузії 55798 1000°С, час - 25 хвилин) На відміну від прикладів 1, 2 і 3 для формування бар'єру Шотткі використовують молібден, який наносять на контактні майданчики методом вакуумного термічного випаровування (товщина шару молібдену склала 0,1 мкм) Для випробування запропонованого способу виготовлення структур з бар'єром Шотткі були сформовані ДОСЛІДНИЦЬКІ парти, кожна з яких ділилася пополам одна частина партії була виготовлена відомим способом, інша - запропонованим способом згідно технологічних режимів прикладів 1, 2, 3 і 4 Ефективність використання запропонованого способу оцінювалася по відсотку виходу придатних дюдних структур при їх розбраковці по зворотному струму (Ізв) Критерій придатності Ізв ^ 1мкА при зворотній напрузі 15В 4* 5* 6* Відомий спосіб виготовлення Таблиця 3 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Номер дослідницької парти Запропонований спосіб виготовлення 7 Відомий спосіб виготовлення Порівняльні характеристики запропонованого і відомого способів виготовлення дюдних структур приведені в таблицях 1, 2, 3 і 4 Причому результати, приведені в таблицях 1, 2, 3 і 4 належать структурам ДІОДІВ, виготовленим по технології ВІД Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Номер дослідницької парти Вихід придатних дюдних структур по зворотному струму, % Запропонований спосіб виготовлення Вихід придатних дюдних структур по зворотному струму, % Запропонований спосіб виготовлення 1 2 3 1* 2* 3* 93 91 90 87 84 81 Відомий спосіб виготовлення 10 11 12 10* 11* 12* 98 98 97 88 89 87 Відомий спосіб виготовлення Як видно з таблиць 1, 2, 3 і 4 використання запропонованого способу виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі дозволяє підвищити вихід придатних структур по зворотному струму на 5 10% При цьому дюдні структури, виготовлені запропонованим способом, мали рівень зворотних струмів в 2 - 10 разів нижче в порівнянні із структурами, виготовленими відомим способом Отже, використання запропонованого способу виготовлення структур з бар'єром Шотткі дозволяє значно підвищити вихід придатних дюдних структур по зворотному струму, істотно знизивши при цьому його рівень, що обумовлює промислову застосовність способу Таблиця 2 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Номер дослідницької пар Запропонований спосіб виготовлення 4 5 6 ти 94 98 95 84 Таблиця 4 Таблиця 1 Номер дослідницької парти Вихід придатних дюдних структур по зворотному струму, % 86 ПОВІДНО прикладів 1, 2, 3 і 4 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі 87 85 89 Вихід придатних дюдних структур по зворотному струму, % 95 92 97 4 •з -І п < 2 п ФІГ.1 55798 Фіг.2 П О Фіг.З Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24