Способ термообработки кремниевых структур

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Коршунов Федор Павлович Марченко Игорь Георгиевич Жданович Николай Евгеньевич Гуринович Валентина Артемовна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(56) Ацаркин В.А., Мазель Е.З. Влияние термообработки кремния на время жизни неравновесных носителей заряда // ФТТ. - 1960. - Т. 2. - Вып. 9. С. 2089-2094.2014671 1, 1994.6090645 , 2000.(57) Способ термообработки кремниевых структур, включающий нагрев кремниевых пластин для формирования активных элементов структур, выдержку при данной температуре и охлаждение кремниевых структур, причем в интервалах температур от 1300 до 900 С охлаждение осуществляют со скоростью 1-3 С/мин, от 900 до 650 С - со скоростью 5-8 С/мин, от 650 до 550 С - со скоростью 1-3 С/мин, от 550 до 350 С - со скоростью 10-46 С/мин и от 350 С до комнатной температуры - со скоростью 1-3 С/мин. Изобретение относится к области электричества, а более конкретно к технологии изготовления полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, тиристоров и др. Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий формирование переходов в результате диффузии примесей при высокой температуре 1. Однако процент выхода годных при изготовлении кремниевых приборов данным способом невысок, т.к. скорость охлаждения задается произвольно и при этом возможно образование дефектов, ухудшающих статистические параметры приборов. Известно также, что при проведении технологических операций, включающих высокотемпературный нагрев, необходимо последующее охлаждение проводить со скоростью 1-3 С/мин для того, чтобы уменьшить до минимума вероятность образования термодефектов акцепторного типа, обусловленных термоударом, и, как следствие, получить высокие значения времени жизни носителей заряда, определяющего статистические параметры приборов, а также уменьшить вероятность возникновения механических напряжений в пластинах, увеличивающих бой на стадиях фотолитографии и скрайбирования пластин 2. Данный способ выбран за прототип и за базовый объект. Однако при изготовлении приборов по способу прототипа выход приборов с улучшенными параметрами недостаточно высок (приборов с напряжением пробоя 500 В). Это обусловлено тем, что при охлаждении пластин после проведения операций формиро 10862 1 2008.06.30 вания активных областей со скоростью 1-3 С/мин в интервале температур 900-650 и 550350 С происходит образование дефектов, имеющих донорные уровни в верхней половине запрещенной зоны (термодоноров 3). Накопление термодоноров приводит к изменению уровня легирования базовых областей приборов и глубине залегания переходов. Это уменьшаетприборов, т.е. снижает выход приборов с улучшенными параметрами. Задача изобретения - увеличение процента выхода высоковольтных групп приборов путем снижения вероятности образования термодоноров. Способ термообработки кремниевых структур включает нагрев кремниевых пластин для формирования активных элементов структур, выдержку при данной температуре и охлаждение кремниевых структур. Новым, по мнению авторов, является то, что в интервалах температур от 1300 до 900 С охлаждение осуществляют со скоростью 1-3 С/мин, от 900 до 650 С - со скоростью 5-8 С/мин, от 650 до 550 С - со скоростью 1-3 С/мин, от 550 до 350 С - со скоростью 10-46 С/мин и от 350 С до комнатной температуры - со скоростью 1-3 С/мин. Приведенные выше режимы охлаждения позволяют получить оптимальное соотношение между процессами накопления термодоноров, дефектов акцепторного типа, обусловленных термоударом и снижающих время жизни носителей заряда, и возникновением механических напряжений в пластинах, увеличивающих бой на стадии фотолитографии и скрайбирования пластин. Если скорость охлаждения установить ниже заданной в формуле изобретения, то за счет увеличения вероятности образования термодоноров (при температурах от 900 до 650 С и от 550 до 350 С) снижается выход приборов с улучшенными параметрами(пр 500 В). При скорости охлаждения выше заданной формулой выход годных приборов падает вследствие накопления дефектов термоудара, ухудшающих статистические параметры готовых приборов (прямое падение напряжения ), и накопления механических напряжений, снижающих процент выхода за счет боя на фотолитографии и резке пластин на структуры. Пример конкретного выполнения. По заявляемому способу была изготовлена партия диодов КД 202 в количестве 1000 шт. Скорость охлаждения в интервале температур 900-650 С равнялась 7 С/мин и 30 С/мин в интервале температур 550-350 С/мин. При этом выход приборов с улучшенными параметрами составил 50 , в то время как способ прототипа дает выход, равный 40 . Примеры. В табл. 1-3 показано, что в случае охлаждения пластин со скоростью, заданной формулой изобретения, выход приборов с улучшенными параметрами увеличивается в среднем на 5-10 , в то время как общий процент выхода снижается всего на 1-2 в сравнении с прототипом (табл. 6). Если скорости охлаждения выше заданных формулой, то наблюдается снижение как общего процента выхода, так и выхода приборов с улучшенными электрическими параметрами (табл. 4). Если скорости охлаждения ниже заданных формулой, то наблюдается снижение выхода приборов с улучшенными электрическими параметрами (табл. 5). Таблица 1 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин с оптимальной скоростью (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов с 500 В,приборов с пр 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 7 50 93 550-350 30 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. 2 10862 1 2008.06.30 Таблица 2 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин со скоростью,соответствующей верхней границе формулы (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов 500 ,приборов с 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 8 45 93 550-350 46 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. Таблица 3 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин со скоростью,соответствующей нижней границе формулы (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов с 500 В,приборов с 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 5 45 94 550-350 10 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. Таблица 4 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин со скоростью меньше заданной формулой (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов с 500 В,приборов с 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 3 38 94 550-350 8 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. Таблица 5 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин со скоростью больше заданной формулой (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов с пр 500 В,приборов с 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 10 36 90 550-350 50 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. Таблица 6 Выход приборов с улучшенными параметрами при охлаждении пластин по способу прототипа (общее количество приборов 1000 шт.) Температура Скорость охлажде-приборов с 500 В,приборов с 50 В,пластин, С ния, С/мин 0,9 В 0,9 В 900-650 3 40 95 550-350 3 Согласно нормам ТУ,0,9 В,50 В. Источники информации 1. А.с. СССР 526221, МПК Н 01 2/00, 1974. 2. Ацаркин В. А. и Мазель Е.З. Влияние термообработки кремния на время жизни неравновесных носителей заряда // ФТТ. - 1960. - Т. 2. - Вып. 9. - С. 2089-2094. 3. Гринштейн Г.Б., Лазарева Е.В. и др. Об условиях генерации термодоноров в кремнии в интервале температур 600-800 С // ФТП. - 1978. - Т. 12. - Вып. 1. - С. 121. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3