Спосіб локальної дифузії алюмінію

1 Спосіб локальної дифузії алюмінію, який містить локальне, наприклад з застосуванням фотолітографії, нанесення на поверхню кремнієвої пластини алюмінію і наступне проведення дифузії в окислювальній атмосфері, який відрізняється тим, що алюміній наносять у вигляді сполуки в складі рідкого джерела дифузії, а перед фотолітографією проводять термообробку пластини в окислювальній атмосфері 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що дифузію проводять з обох боків пластини 3 Спосіб за пп 1, 2, який відрізняється тим, що термообробку проводять при температурі не менше 750°С 4 Спосіб за пп 1, 2, який відрізняється тим, що в склад джерела дифузії вводять також сполуку боРУ 5 Спосіб за пп 1 - 4, який відрізняється тим, що окислювальна атмосфера являє собою повітря Винахід належить до електронного приладобудування і може бути використаний при виготовленні кристалів силових напівпровідникових приладів ДІОДІВ, тиристорів, тріаків, фото тиристорів, фототріаків, тиристорів-дюдів тощо, а також модулів з локальними дифузійними областями, в тому числі слаболегованими Відомим Є спосіб виготовлення багатошарових напівпровідникових структур з локально заглибленим фронтом р-п переходу [Авторське свідоцтво СРСР №1 327 797, заявл 1412 1984р. Н 01 L 21/306], згідно з яким проводять локальну обробку шліфованої поверхні пластин, наприклад, у травнику типу СР, нанесення дифузанту, який містить в собі алюміній, і власно дифузію акцепторного домішку, регулюючи різницю в глибинах р-п переходів терміном травлення Спосіб є придатним тільки для пластин із шліфованою поверхнею, а для травленої або полірованої поверхні його застосування неможливе, що значно звужує галузь його використання Цьому способу властива порівняно велика бокова дифузія, тому він є неприйнятним для формування елементів з ЛІНІЙНИМИ розмірами, меншими за ЮОмкм, наприклад, розгалужувальних кілець Важко застосувати цей спосіб для локального легування, тому що області кремнію, що їх було підтравлено, потребують додаткового маскування окисом або нітридом Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, до технічного рішення, що заявляється, є спосіб селективної дифузії алюмінію у відкритій трубі [згідно до патенту США №4 188 245, заявл 18 09 1978р. МКВ Н 01 L 21/22], згідно з яким на поверхню напівпровідникової пластини локально наносять алюміній там, де потребується глибока дифузія, після чого проводять дифузію алюмінію у відкритій трубі у потоці інертного газу, що містить певний відсоток кисню Згідно ДО вмісту кисню в атмосфері труби можливо здійснювати одночасне формування глибоких робластей з нанесеного алюмінію і неглибокого суцільного р-шару з пари алюмінію, або локальне формування р-областей, коли окислювальна атмосфера запобігає паразитній дифузії алюмінію в решту площі пластини окрім як під нанесеним алюмінієм Попри пригноблення паразитної дифузії алюмінію з газової фази по решті поверхні пластини, спосіб має обмежену галузь застосування Він може бути застосований лише для пластин з полірованою або з ХІМІЧНО підтравленою поверхнею, тоді як для пластин із шліфованою поверхнею він не є придатним через невідтворюванність збереження точності топології за рахунок некерованої бокової дифузії Оскільки алюміній взаємодіє з кремнієм при високій температурі, після дифузії у окислювальній атмосфері, на поверхні пластин залиша О о (О ю 56001 ється характерний слід з важкоусуваємої речовини, що виключає можливість проведення в цім МІСЦІ надалі фотолітографії, наприклад, при створенні розгалужувальних кілець За допомогою цього способу неможливо отримати слаболеговані ршари, оскільки поверхнева концентрація алюмінію 19 3 невідпорно перевищує 10 см Надмірна складність способу пояснюється також труднощами фотолітографії по алюмінію, бо спосіб потребує високої відтворюваності параметрів алюмінієвого "малюнку", що залишається для дифузії, по усій площині пластини і для усіх пластин у партії В основу винаходу поставлено задачу в способі локальної дифузії алюмінію шляхом зміни порядку операцій і введення нових операцій забезпечити спрощення способу і підвищення виходу придатних, підвищення точності відтворення геометрії локальних р-областей за рахунок зменшення бокової дифузії, а також розширення галузі застосування способу для пластин із шліфованою поверхнею і для створення слаболегованих робластей В способі локальної дифузії алюмінію, який містить локальне, наприклад з застосуванням фотолітографії, нанесення на поверхню кремнієвої пластини алюмінію і наступне проведення дифузії в окислювальній атмосфері, новим є те, що алюміній наносять у вигляді сполуки в складі рідкого джерела дифузії, а перед фотолітографією проводять термообробку пластини в окислювальній атмосфері, новим також є те, що дифузію проводять з обох боків пластини, новим також є те, що термообробку проводять при температурі не менш, як 750°С, новим також є те, що в склад джерела дифузії вводять також сполуку бору, новим також є те, що окислювальна атмосфера являє собою повітря Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак технічного рішення, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в тому, що зміна порядку технологічних операцій і введення нових операцій, а саме те, що алюміній наносять у вигляді хімічної сполуки у складі рідкого джерела дифузм(дифузанту), перед фотолітографією проводять термообробку пластин з нанесеним джерелом дифузії, забезпечуючи цією термообробкою формування плівки, придатної для проведення фотолітографії по цій ПЛІВЦІ перед дифузією - у сукупності з відомими ознаками забезпечує можливість проведення на шліфованій, полірованій або травленій поверхні локальної дифузії алюмінію з незначною боковою дифузією Це веде до більш точного відтворювання геометрії локальних областей і підвищення відсотку виходу придатних Проведення фотолітографії по домішковоокисній ПЛІВЦІ спрощує технологічний процес порівняно з фотолітографією по алюмінію Згідно З технічним рішенням, що заявляється, локальна дифузія з домішковоокисної плівки в окислювальній атмосфері набуває помітної швидкості при більш високій температурі, ніж температура утворювання первинного окису в тих місцях пластини, де плівку було видалено стравлюванням під час фотолітографічної обробки Таким чином, зокрема у випадку шліфованої поверхні, бокова дифузія, яка ще не почалася, заздалегідь виявляється неможливою, завдяки щойно створеному окису Оскільки розвинена шліфована поверхня окислюється вглиб кремнію при взаємодії останнього з киснем, який присутній в атмосфері дифузійної печі, в момент помітної дифузії алюмінію з домішковоокисної плівки окис за своєю структурою ще не є кристобалітом В ньому відсутні тріщини, властиві кристобаліту Це запобігає дифузії на відкритих частинах пластини і боковій дифузії Надалі окислення поверхні пластини пригноблює паразитну дифузію з газової фази Таким чином, конкуруючі процеси окислення і дифузії в однім процесі розділені за часом, оскільки температура пластини зростає з часом поступово За допомогою способу, що заявляється, можна здійснити створення локальних р-областей у кремнії з шліфованою, підтравленою або полірованою поверхнею наскрізні відокремлюючі області, розгалужувальні кільця, анодну р-область тиристора-дюда тощо, а також їхніх сполучень, з однобічною або двобічною обробкою пластин перед дифузією(нанесення дифузанту з двох боків і двобічна фотолітографія) Окислювальна атмосфера створюється додаванням в інертний газ(азот, аргон тощо) кисню до 25% Задовільний результат одержано при використанні, як окислювальної атмосфери, повітря В складі рідкого дифузанту залежно від вимог до концентраційного профілю конкретного приладу може бути використана сполука бору(борна кислота, триетоксібор тощо) Бор знижує поверхневий електроопір, не впливаючи практично на бокову дифузію, тому що має менший, порівнянно з алюмінієм, коефіцієнт дифузії Суть рішення, що заявляється, пояснюється малюнками, де відображені на фіг 1 - Пластина після нанесення дифузанту, термообробки і фотолітографії, перед дифузією акцепторного домішку, на фіг 2 - Пластина після дифузії акцепторного домішку, на фіг 3 - Поперечний переріз тиристора планарної конструкцм(металізація не вказана) Кремнієву пластину n-типу провідності 1 потрібної товщини, плоско паралельності і класу чистоти обробки поверхні, з необхідним рівнем питомого електроопору піддають необхідній переддифузійній обробці Потім на пластину наносять рідкий дифузант, що містить в собі плівкостворюючу речовину, наприклад тетраетоксісилан, сполуку алюмінію, наприклад, АІ(МОз)з, етиловий спирт і, в необхідних випадках, сполуку бору і воду Після термообробки, яка відбувається при температурі, вищій за 750°С, в окислювальній атмосфері, на поверхні пластини утворюється плівка 2, яка піддається фотолітографічній обробці і стравлюванню в стандартнім буфернім травнику на основі фтористоводневої кислота Завдяки цій обробці плівка, що містить дифундуючу речовину, залишається в місцях, що їх було захищено фоторезистом, а в інших місцях видаляється Точність відтворювання потрібної топології визначається якістю фотолітографії У способі, що заявляється, практично неможливою є підтравка, що властива способу-прототипу, тому що товщина плівки мала, і, незалежно від класу чистоти обробки поверхні, стравлювання відбувається рівномірно і без підтравок 56001 Під час дифузії на місцях, вільних від плівки, Водночас з дослідною партією структур тирисз'являється окис 3(фіг2) В місцях, де було нанеторів виготовлено і контрольну партію на підвалисено дифузант, відбувається дифузія з формуваннах кремнію з того ж самого злитку, за аналогічним ням плоских 4 і локальних 5 р-шарів, що створюмаршрутом Відміна між партіями полягала в тому, ють з вихідним кремнієм р-n перехід Поблизу що на контрольній партії не проводили термообкраю плівки наявність окису зашкоджує боковій робку дифузанту і фотолітографію, а дифузією з дифузії Для пластин із шліфованою поверхнею обох боків одержували плоскі випрямні р-n переглибина окисленого шару залежить від розміру ходи Інша відміна полягала в тому, що випрямні зерна шліфувального порошку, тому у практичних р-n переходи піддавали пасивацм в меза-канавці випадках на глибині 15 - 20мкм бокова дифузія шириною ЗбОмкм і глибиною 120мкм незначна Під час ІСПИТІВ структури дослідної партії мали На подальших стадіях технологічного маршрувеличину блокуючої напруги 1652 ± 150В по пряту(окислення, дифузія фосфору) можлива незначмій і 1720 ± 87В по зворотній ГІЛЦІ вольт-амперної на "розгонка" локальних дифузійних областей убік, характеристики Структури контрольної партії маі первісна конфігурація р-областей зберігається ли ВІДПОВІДНО 1470 ± 187В по прямій і 1732 ± 92В Згідно ДО способу, що заявляється, вся поверхня по зворотній ГІЛЦІ Вихід придатних структур для пластини є придатною для подальшої фотолітогдослідної партії склав 72%, а для контрольної рафії, тому що домішковосилікатне скло видаля60% ється з поверхні пластини, не залишаючи СЛІДІВ За допомогою способу, що заявляється, було МОЖЛИВІСТЬ втілення рішення, що заявляється, виготовлено структури ДІОДІВ прямої полярності висвітлюється на прикладі виготовлення планарВикористовувалися пластини кремнію діаметром ного тиристору на струм 20А і напругу 1600В На 45мм, завтовшки 0,27мм із шліфованою поверхкремнієвій пластині діаметром 76мм з питомим нею Дифузант, такий самий, як у минулому приелектроопором 40Ом х см, яка має травлену після кладі, наносився обабіч, але фотолітографія прорізки поверхню, створюють наскрізну квадратну водилася тільки з одного боку у вигляді сітки + сітку відокремлюючих р областей з топологічним перехрещених смуг 200мкм завширшки, де заликроком 6,2 х 6,2мм за допомогою стандартного шалася плівка 3 решти поверхні плівку видаляли процесу термоміграцм На цьому етапі формують стравлюванням у буферному травнику, залишаютакож поглиблені реперні знаки для подальших чи зворотній бік пластини недоторканним Дифузія фотолітографічних обробок Після термоміграцм відбувалася у відкритій трубі при температурі пластини шліфують за допомогою мікропорошку 1300°С до змикання дифузійних фронтів Після КЗМ-14 до товщини 0,27мм завершення дифузії пластину окислювали за стандартною технологією, потім після фотолітографії Після стандартної переддифузійної обробки в на n-боці локально створювали п + емітер і в місцях перекисно-амміачному і перекисно-кислотному виходу на "лицевий" бік пластини р-n переходу розчинах на пластину наносять послідовно з обох втілювали його склопасивацію Відокремлюючі боків дифузант, що містить у своєму складі азообласті, що їх було отримано дифузією, мали на тнокислий алюміній, борну кислоту, тетраетоксісиповерхні ширину 250мкм Термін життя неосновлан і етанол Пластини з нанесеним дифузантом них носив заряду х, на структурах перевищував піддають термообробці у відкритій трубі при тем20мкс, попри порівняно великий термін дифузії "на пературі 750 - 1100°С протягом 60 - 200 хвилин змикання " На їх поверхнях утворюється домішковоокисна плівка За допомогою фотолітографії і стравлюЦе пояснюється насамперед тим, що спосіб, вання в буферному травнику плівку локально вищо заявляється, є придатним для будь-якої передаляють з поверхні пластини, що містить знаки На ддифузійної обробки, спроможної видаляти з позворотному боці плівку не видаляють Ширина рверхні пластини іони важких металів та ІНШІ засмібази згідно до шаблону складає 4,5мм, ширина чення, підтримуючи, таким чином, величину І ! у кілець дорівнює 90 і 110мкм, а відстань між ними прийнятних межах 60 і 80мкм Дифузію проводять у відкритій трубі за Спосіб, що заявляється, дозволяє, на відміну стандартною технологією Температура процесу від прототипу і інших відомих способів, ефективно складає 1250°С, термін дифузії - 16 годин Після втілювати переддифузійну обробку пластин у дифузії глибина р-бази 6(фігЗ) і розгалужувальних очищаючих сумішах і одержувати прилади з високілець 7 дорівнює бОмкм Ширина розгалужувальким і. На практиці це перший приклад втілення них кілець на глибині 20мкм склала 97 і 118мкм локальної дифузії алюмінію у шліфовану поверхВІДПОВІДНО Надалі за звичайним маршрутом форню мують за допомогою дифузії фосфору п- емітер Таким чином, використання способу, що тиристору 8 з одночасним делегуванням р-емітеру заявляється, дозволяє проводити локальну дифу9 Потім випрямні р-n переходи в МІСЦІ виходу на зію алюмінію в пластини кремнію з мінімальною поверхню стравлюють на глибину 20мкм, пасивубоковою дифузією і ретельним відтворенням геоючи їх за допомогою скла 10, а надалі пластину метри локальних областей, у тім числі, слаболегометалізують, перевіряють електричні параметри ваних кристалів і поділяють на окремі кристали 56001 Фіг.2 Фіг.1 1 VI* ч. J у Р п р Фіг.З Підписано до друку 05 05 2003 p Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24