Спосіб виготовлення силових напівпровідникових приладів з охоронним дифузійним кільцем

Спосіб виготовлення силових напівпровідникових приладів з охоронним дифузійним кільцем, що включає підготовку шліфованих пластин, проведення процесів дифузії легуючих домішок р- та n-типу провідності, локальне травлення, локальну дифузію, формування легованого бором та алюмінієм глибокого р+-р-шару, окислення, формування шару з охоронним дифузійним кільцем, вилучення окислу, формування ізоляції, формування фаски за допомогою механічної та хімічної поліровки або травлення меза-канавки, формування ізоляції фаски або ізоляції меза-канавки, формування шару металізації, перевірку електричних параметрів, який відрізняється тим, що перед процесом дифузії домішки в області формування фаски або U 2 (13) 1 3 формування ізоляції, формування фаски за допомогою механічної та хімічної поліровки, або хімічного травлення меза-канавки, формування ізоляції фаски або меза-канавки, формування шару металізації, перевірку електричних параметрів. Недоліком цього способу є складність виготовлення напівпровідникових силових приладів тому, що процес дифузії роздроблюється на операцію загонки легуючих домішок, вилучення плівок з дифузантом, проведення фотолітографії та локального вилучення шару кремнію з легованого домішками, наступного продовження процесу дифузії проведення операції розгонки легуючих домішок. Така послідовність операцій може призводити до додаткового забруднення травленої поверхні кремнію, що крім ускладнення технології може призводити до погіршення параметрів приладів. Завчасне вилучення плівок дифузанта зменшує концентрацію домішок в активних областях приладів. Все це зменшує кількість придатних силових приладів. В основу корисної моделі поставлено завдання розроблення способу виготовлення силових напівпровідникових приладів з охоронним дифузійним кільцем в яких за рахунок додаткової ізоляції р-n переходом на боковій поверхні або по периметру під ізоляцією кремнієвих структур, забезпечується рівномірний розподіл електричного поля, потенціалу та покращення параметрів ізоляції напівпровідникових елементів, що дозволяє збільшити вихід придатних напівпровідникових приладів. Для вирішення поставленого завдання в способі виготовлення силових напівпровідникових приладів з охоронним дифузійним кільцем, що включає підготовку шліфованих пластин, проведення процесів дифузії легуючих домішок р- та nтипа провідності, локальне травлення, локальну дифузію, формування легованого бором та алюмінієм глибокого р+-р-шару структури напівпровідникового приладу, окислення, формування шару з охоронним дифузійним кільцем, вилучення окислу, формування ізоляції, формування або фаски за допомогою механічної та хімічної поліровки або хімічного травлення меза-канавки, формування ізоляції фаски або меза-канавки, формування шару металізації, перевірку електричних параметрів, який відрізняється тим, що перед процесом дифузії домішки в області формування фаски або ізоляції проводять хімічне травлення порушеного шару однієї кільцевої поверхні відокремленої від краю кристалу по периметру нетравленим шаром або двох чи декількох шарів кільцевих поверхонь, розділених нетравленими шарами, при дифузії в області хімічного травлення поверхні проводять локальну дифузію та формують менш глибокий легований бором р+-шар, а перед травленням меза-канавки нетравлений шар відокремлюючий край або шари, які травлять, захищають маскою з плівок оксиду кремнію, фоторезисту або з композиції плівок оксиду кремнію, нітриду кремнію, оксиду кремнію, фоторезисту, після чого проводять травлення канавки або шліфовку фаски, вилучають р+ повністю або частково з одночасним частковим вилученням маскованого роздільного (одно 46274 4 го або декількох) кільцевого шару, який частково вилучають на глибину меншу ніж р+-шар, одержують охоронне дифузійне кільце на боковій поверхні фаски або охоронне дифузійне кільце на границі бокової поверхні фаски та горизонтальної базової ділянки пластини або охоронне дифузійне кільце на дні канавки травлення під ізоляцією, фіксують зменшення струмів витоку приладів. Тобто, така послідовність операцій дозволяє зменшити струми витоку, збільшити зворотну пробивну напругу, збільшити надійність технології та конструкції приладів і тим самим збільшити вихід придатних приладів. Створення ізольованої області р- або n- типу провідності біля краю фаски відбувається за рахунок суміщення топології (координат) профілю легування із топологією (координатами) фаски в процесі її формування. Геометричні розміри області травлення під локальну дифузію розраховують таким чином, щоб фаска перетинала р-n-переходи в області, де легування не відбулося (глибина р-nпереходу найменша) із-за процесів локальної дифузії. Тому при формуванні фаски приладів зворотної полярності менш глибокий легований бором р+-шар або його частину вилучають, а при формуванні фаски приладів прямої полярності над менш глибоким легованим бором р+-шаром або над його частиною, залишають ізольований n-шар, глибинну частину легованого алюмінієм більш глибокого р+-р-шару біля краю фаски також залишають, цей шар ізолюють повністю або по поверхні фаски, отримують кільцеву структуру р+-р-n-р-n з додатковою периферійною ізоляцією р-n переходом на боковій поверхні напівпровідникового елементу (на боковій поверхні відбувається створення р-і-nструктур). Створення p-i-n-структур приводить до покращення ізоляції та зменшення струмів витоку приладів. На Фіг.1-8 зображено напівпровідникові структури та елементи приладів. Так на Фіг.1 показана обернена діодна структура, яка має на кремнієвій пластині 1 n-типу провідності (вихідний кремній пластини 1 складає базовий шар), шар ізоляції 2 SiO2, в якому виконані вікна 3. В пластині 1 під ізоляцією 2 сформовано дифузійні області Si p+ - 4, р - 5, а на зворотній стороні пластини сформовано n+ - 6. Під вікнами 3 сформовано локальні області 7. На Фіг.2 показано круглий напівпровідниковий елемент оберненої діодної структури, який має сплавлений з Si 1 молібденовий електрод 8 та сформовану фаску 9 на боковій поверхні якої в області бази 1 n-типу провідності знаходиться відокремлене охоронне дифузійне кільце 10 р-типу провідності. На поверхні пластини n+ - 6 сформовано алюмінієвий електрод 11. На Фіг.3 показано напівпровідниковий елемент прямої діодної структури, які відрізняються від Фіг.1-2 тим що молібденовий електрод 8 сплавлено з шаром кремнію р+-р-типу 4 провідності, а відокремлене дифузійне кільце 12 має n-тип провідність. На Фіг.4 показано круглий напівпровідниковий елемент зворотнього діоду А1- р+-р-n-n+ -Мо з ком 5 бінованою фаскою, яка складається з горизонтальної полки 13 з однієї сторони обмеженої травленою боковою поверхнею меза-канавки 14, а з іншої сторони обмежена фаскою 9. При чому охоронне дифузійне кільце 10 р-типу провідності має вигляд бурта де глибина травлення менша, ніж у прилягаючого кремнію 1 n-типу провідності. На Фіг.5 показано напівпровідникову структуру симистора, яку формують на вихідній пластині кремнію 1 n-типу провідності, на якій за допомогою фотолітографії сформовані кільцеві вікна 3 в плівці 2 SiO2. На пластині 1 сформовано дифузійні області Si p+ - 4, р+-р - 5, причому в області полірованої поверхні 3 сформовано кільцеві дифузійні області 7 р+-типу провідності з глибиною меншою ніж дифузійні області р+-р-Si - 5. На Фіг.6 показано катодні області n+-Si - 7, термоміграційну область ізоляції 8 р+-типу провідності, канавку кремнію 9 утворену при травлені області 7 з шаром 4 р+-типу провідності та дифузійне охоронне кільце 10. А також показано захисну ізоляційну плівку 11 сформовану методом стеклопасивації або окислення. Охоронне кільце 10 знаходиться на дні канавки під ізоляційно плівкою 11. Основні приклади застосування способу для різних приладів можливо уявити розглянувши його застосування для приладів прямої та зворотної полярності, наприклад діодів прямої Д161-320-18 та зворотної Д161-320х-18 полярності, а також тиристора Т162 або симистора ТС 162, ТС 106. Приклад 1. Формування силових діодів Д161320х-18 зворотної полярності з охоронним дифузійним кільцем. Діодну зворотну структуру формували на вихідній шліфованій пластині кремнію 1 n-типу провідності питомою провідністю 50Ом·см (Фіг.1). Мікрорельєф поверхні пластин Si 1 складає 20-40мкм. Пластину кремнію 1 окислювали, а за допомогою процесу фотолітографії в утвореній плівці 2 SiO2 формували вікно 3 у вигляді кільця. Зовнішній і внутрішній діаметри кільця складали відповідно величини 23,7мм та 23,42мм, де ширина вікна 3 складає 280мкм. Потім у вікні 3 за допомогою розчину кислот HF:HNO3:H2O=3:5:2 проводили хімічну поліровку поверхні Si 1. Після вилучення з поверхні Si 1 маскуючих плівок фоторезисту та SiO2 2 на поверхню Si 1 з полірованими кільцями наносили плівковий дифузант р-типу провідності, а на протилежну поверхню наносили плівковий дифузант n-типу провідності. Після сушки дифузантів, пластини 1 загружали в установку ЗДОМ-3 і проводили високотемпературну дифузію легуючих домішок. В процесі високотемпературної обробки формували дифузійні області Si p+ - 4 глибиною 68-70мкм, р - 5 з глибиною 98-100мкм, n+ - 6 з глибиною 48-50мкм, причому в області полірованої поверхні 3 формували кільцеву дифузійну область 7 р+-типу провідності, де глибина менша ніж в сусідніх граничних дифузійних р+-р-областях з поверхневим порушеним шаром з глибиною 98-100мкм. Враховуючи бокову дифузію ширина дифузійної області 7 р+типу провідності на глибині 70мкм складала 8090мкм. 46274 6 Після формування напівпровідникової дифузійної структури (Фіг.1) формували напівпровідниковий елемент зворотного діоду Аl- р+-р-n-n+ -Мо, який показано на Фіг.2. Для чого з напівпровідникової пластини з дифузійними шарами вирізали диски структур кремнію діаметром 25мм, проводили операції сплавлення поверхні структур Si n+ - 6 з диском Мо 8 діаметром 24мм. За допомогою процесів шліфовки на сфері радіусом 22мм на боковій поверхні структур Si формували зворотну фаску 9 під кутом 27-35° до поверхні. При формуванні фаски вилучали виступи структур Si відносно дисків молібдену 8. Проводили напилення Аl 10 товщиною 18-20мкм, діаметром 20мм. За допомогою процесів шліфовки на сфері радіусом 130мм на боковій поверхні структур Si формують пряму фаску 11 під кутом 5-6° до поверхні. При цьому вилучали р+ повністю або частково з одночасним частковим вилученням крайового роздільного (одного або декількох) кільцевого шару. При формуванні прямої фаски 11 утворювали ізольовану область р-шару 12, шириною 170-180мкм, яка мала зовнішній та внутрішній діаметри відповідно 23,7мм та 23,53мм, а її глибина складала 12±4мкм (глибина dp ізольованої області р-шару 12 могла змінюватися в діапазоні 0