Спосіб виготовлення діода шотткі з охоронним кільцем

Реферат: UA 111697 U UA 111697 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до технології мікроелектроніки і може бути використана у виробництві кремнієвих діодів з бар'єром Шотткі. 3 Відомий спосіб виготовлення діода з бар'єром Шотткі (А.с. 1200794 СССР, МКИ H01L 29/48 от 22.08.85. Способ изготовления диода с барьером Шоттки / Литвиненко В.Н., Крусь А.П. - № 3623314/24-25, заявлено 17.06.83, непубликуемое), у якому з метою зменшення рівня зворотних струмів діодних структур перед нанесенням металів, що формують бар'єр Шотткі, проводять відпал структур в атмосфері аргону при температурі 600-800 °C з подальшим їх різким охолоджуванням (гартуванням) із швидкістю 85-180 град./с. Спосіб має наступні недоліки: 1) відпал діодних структур з подальшим гартуванням, поліпшуючи стан кремнію в контактних вікнах поблизу його поверхні, не приводить до істотного очищення об'єму кристалу від небажаних домішок; 2) проблема відтворення процесу охолоджування пластин після їх відпалу в середовищі аргону. Найбільш близьким по своїй технологічній суті до запропонованого способу є спосіб виготовлення структур діода з бар'єром Шотткі (Богач М.В. Покращення зворотних характеристик діода Шотткі з охоронним кільцем / М.В. Богач, П.Л. Бежан, В.М. Литвиненко, М.О. Самойлов, С.В. Шутов // Електроніка та зв'язок. - № 4, 2013. - С. 9-13.), у якому проводять термічне окислення кремнієвої пластини n-типу провідності, відкривають контактні вікна в шарі окислу за допомогою фотолітографії, проводять дифузію бору в дві стадії для одержання р-n переходу області охоронного кільця, формують випрямляючі контакти з бар'єром Шотткі. Спосіб має істотні недоліки: гетеруючий шар боросилікатного скла, забезпечуючи ефективну очистку поверхні діодних структур, в тому числі і захисний шар двооксиду кремнію SiO 2, від небажаних домішок, не забезпечує очистку об'єму кристалу кремнію від домішок, а також малоефективний для гетерування структурних дефектів, що не дає можливості суттєво поліпшити зворотні характеристики діодів та підвищити вихід придатних приладів. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу виготовлення структур діода Шотткі з охоронним кільцем, технологічні особливості якого забезпечили б підвищення виходу придатних діодних структур шляхом зменшення рівня їх зворотних струмів. Поставлена задача вирішується тим, що кремнієву пластину n-типу провідності піддають термічному окисленню, за допомогою фотолітографії відкривають контактні вікна в шарі окислу, проводять дифузію бору в дві стадії для отримання p-n переходу області охоронного кільця, формують випрямляючі контакти з бар'єром Шотткі. Істотною відмінністю запропонованого способу виготовлення діода Шотткі з охоронним кільцем від відомого способу є те, що після термічного окислення на зворотній стороні пластин додатково створюють гетеруючий шар шляхом іонного легування зворотної сторони пластини 14 16 -2 фосфором з дозами 710 -10 см . У відомому способі після термічного окислення гетеруючий шар на зворотній стороні пластин не створюється, тому у процесі проведення високотемпературних операцій (першої та другої стадії дифузії бору) небажані домішки (наприклад, домішки металів) з об'єму кристалу дифундують до активних областей діода, накопичуються там, що призводить до утворення структурних дефектів та збільшення рівня зворотних струмів діодних структур. В запропонованому способі після термічного окислення на зворотній стороні пластин додатково створюють високолегований фосфором гетеруючий шар проведенням іонної імплантації фосфору. У процесі подальших високотемпературних операцій відбувається ефективне гетерування домішок металів утвореним гетеруючим шаром, приглушуються зародки дефектів упакування, які утворились при вирощувані злитків, в процесі епітаксії, а також в процесі термічного окислення. Це великою мірою запобігає утворенню дефектів упакування в кремнії при проведенні високотемпературних технологічних процесів - першої та другої стадій дифузії бору, при цьому міжвузольні атоми кремнію, які є складовими окислювальних дефектів упакування, що утворились в процесі термічного окислення кремнію, дифундують до утвореної області гетера і захоплюються нею. У результаті цього окислювальні дефекти упакування зменшуються в розмірах, або повністю зникають. Ефективне гетерування гетеруючим шаром домішок металів та структурних дефектів забезпечує значне зниження рівня зворотних струмів діодних структур та підвищення виходу придатних діодів Шотткі, виготовлених з використанням запропонованого способу. В порівнянні з відомим способом виготовлення діода Шотткі з охоронним кільцем позитивний ефект досягається за рахунок ефективної дії утвореного на зворотній стороні кремнієвої пластини гетеруючого шару відносно до небажаних домішок металів та окислювальних дефектів упакування, що запобігає попаданню домішок в активні області діода 1 UA 111697 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та утворенню нових структурних дефектів, а також забезпечує ліквідацію раніше утворених дефектів. В той же час у відомому способі гетеруючий шар на зворотній стороні кремнієвої пластини відсутній і тому не відбувається гетерування небажаних домішок і структурних дефектів з об'єму і приповерхневих областей діодних структур. Таким чином, у запропонованому способі виготовлення діода Шотткі з охоронним кільцем з'являється нова якість - зменшення рівня зворотних струмів діодів, яка не співпадає з властивостями, які проявляються відмітними ознаками у відомих аналогах. Дослідницькі результати показали, що гетеруючий шар на зворотній стороні пластини, утворений проведенням іонного легування фосфором зворотної сторони пластин з дозою 14 -2 10 см ефективність гетерування гетеруючим шаром домішок і структурних дефектів помітно зменшується, так як, очевидно, зменшується кількість аморфних областей в гетеруючому шарі та відбувається відновлення кристалічної структури і утворення полікристалу. Видно, це явище пов'язане з заповненням атомами домішок кластерів порушень при високих дозах легування. Приклади конкретного здійснення. Запропонований спосіб був випробуваний у виробництві діодів Шотткі. Приклад 1. Кремнієві структури n-типу провідності з епітаксійним шаром, легованим фосфором, завтовшки 5,5 мкм та питомим опором 1,1 Омсм, сформованих на підкладці, легованій сурмою, яка має товщину 350 мкм та питомий опір 0,01 Омcм, після стандартної хімічної обробки окислюють при температурі 1050 °C з наступним чергуванням циклів: відпал в середовищі аргону (15 хвилин) - окислення в парах води (100 хвилин) - відпал в середовищі аргону (30 хвилин). Товщина вирощеного захисного шару двооксиду кремнію 1 склала 0,7 мкм (Фіг. 1). Далі на зворотній стороні пластини проводять формування області гетера наступним чином. На робочу сторону пластин наносять фоторезист ФП383, видаляють плівку двоокису кремнію на зворотній стороні пластини травленням в плавиковій кислоті, проводять формування області гетера 2 методом іонного легування зворотної сторони пластин фосфором 14 -2 при дозі 710 см і енергії іонів 100 кеВ. При цьому плівка фоторезисту захищає робочу сторону пластин від забруднення іонами фосфору та інших домішок (Фіг. 2). Після цього на робочій стороні пластин проводять 1 фотолітографію - відкривають вікна в шарі двооксиду + кремнію під охоронне кільце. Далі після хімічної обробки пластин з метою формування р -n переходу області охоронного кільця проводять першу стадію дифузії бору методом відкритої труби з джерела домішки В2О3 при температурі 1050 °C протягом 30 хвилин в суміші аргону (100 л/г) і сухого кисню (4 л/г) та другу стадію дифузії бору при тій же температурі в середовищі + аргону (125 л/г) протягом 65 хвилин (Фіг. 3). Після завершення формування p -n переходу області охоронного кільця проводять видалення боросилікатного скла у розчині плавикової кислоти та II фотолітографію для відкривання вікон під контакт Шотткі. Після хімічної обробки на робочу сторону пластин методом вакуумного термічного випаровування послідовно осаджують шари молібдену 3 товщиною 0,08 мкм та нікелю 4 товщиною 0,12 мкм і проводять за допомогою III фотолітографії формування випрямляючих контактів. Шліфують пластину з боку підкладки (зворотна сторона пластини), зменшивши її товщину до 180-200 мкм, і формують на ній омічний контакт послідовним нанесенням шарів титану 5, товщиною 0,015 мкм та нікелю 4 товщиною 0,035 мкм методом вакуумного термічного випаровування і золота 6 товщиною 1,5 мкм методом гальванічного осадження, при цьому золото одночасно осаджується на обидві сторони пластини (Фіг. 4). Проводять контроль електричних параметрів виготовлених діодних структур. Приклад 2. Виготовлення діодних структур проводять за технологією, описаною в прикладі 1, із тією різницею, що формування області гетера 2 методом іонного легування пластин 15 -2 фосфором проводять при дозі 510 см . Приклад 3. Виготовлення діодних структур проводять відповідно до технології, описаної в прикладі 1. На відміну від прикладів 1 і 2 іонне легування зворотної сторони пластин при 16 -2 формуванні області гетера проводять при дозі 10 см . Для випробування запропонованого способу виготовлення структур з бар'єром Шотткі були сформовані дослідницькі партії, кожна з яких ділилася навпіл: одна частина партії була виготовлена відомим способом, інша - запропонованим способом згідно з технологічними режимами прикладів 1,2 і 3. Ефективність використання запропонованого способу оцінювалася по відсотку виходу придатних діодних структур при їх розбраковці по зворотному струму (Ізв). Критерій придатності Ізв 1 мА при зворотній напрузі 40 В. Порівняльні характеристики запропонованого і відомого способів виготовлення діодних структур приведені в таблицях 1, 2 і 3. При цьому результати, приведені в таблицях 1, 2 і 3 належать структурам діодів, виготовлених по технології відповідно прикладам 1, 2 і 3. 2 UA 111697 U Таблиця 1 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Запропонований спосіб виготовлення Відомий спосіб виготовлення Номер дослідницької партії 1 2 3 1* 2* 3* Вихід придатних діодних структур по зворотному струму, % 92 90 89 86 82 80 Таблиця 2 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Запропонований спосіб виготовлення Відомий спосіб виготовлення Номер дослідницької партії 4 5 6 4* 5* 6* Вихід придатних діодних структур по зворотному струму, % 97 95 96 85 87 85 Таблиця 3 Спосіб виготовлення структур діода Шотткі Запропонований спосіб виготовлення Відомий спосіб виготовлення 5 10 Номер дослідницької партії 7 8 9 7* 8* 9* Вихід придатних діодних структур по зворотному струму, % 94 91 96 85 84 88 Як видно з таблиць 1, 2 і 3 використання запропонованого способу виготовлення діода Шотткі з охоронним кільцем дозволяє підвищити вихід придатних діодних структур по зворотному струму на 7-10 %. При цьому діодні структури, виготовлені запропонованим способом, мали рівень зворотних струмів в 3-9 разів нижчий у порівнянні із діодними структурами, виготовленими відомим способом. Отже, використання запропонованого способу виготовлення структур діода Шотткі з охоронним кільцем дозволяє значно підвищити вихід придатних діодних структур по зворотному струму, істотно знизивши при цьому його рівень, що обумовлює промислову застосовність способу. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб виготовлення діода Шотткі з охоронним кільцем, що включає термічне окислення кремнієвої пластини n-типу провідності, відкриття контактних вікон в шарі окислу за допомогою фотолітографії, проведення дифузії бору в дві стадії для одержання р-n переходу області охоронного кільця, утворення випрямляючих контактів з бар'єром Шотткі, який відрізняється тим, що після термічного окислення на зворотній стороні пластини формують гетеруючий шар способом проведення іонного легування зворотної сторони пластини фосфором з дозами 14 16 -2 710 -10 см . 3 UA 111697 U 4 UA 111697 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5