Способ изготовления быстродействующих транзисторов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ТРАНЗИСТОРОВ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Марченко Игорь Георгиевич Кульгачев Владимир Ильич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ изготовления быстродействующих транзисторов, включающий формирование активных элементов приборных структур, облучение полученных структур электронами с энергией 3-5 МэВ дозой 51015-11016 см-2 при температуре 20-80 С и интенсивности пучка 21011-11012 см-2 с-1 с последующим отжигом при 380-430 С в течение 20-40 мин и посадку структур в корпуса, отличающийся тем, что проводят повторное облучение полученных структур флюенсом не более 81013 см-2 с повторным последующим отжигом при 150 С в течение 24 часов. Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в технологии кремниевых быстродействующих транзисторов, в частности при изготовлении планарно-эпитаксиальных биполярных транзисторов с изолированным затвором. Известен способ 1 создания полупроводниковых структур (диодных, транзисторных тиристорных) с повышенным быстродействием, которое достигается путем их облучения различными видами проникающих излучений и последующим стабилизирующим отжигом. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получить достаточно высокое быстродействие и допускает большой разброс параметров в облученных транзисторах. Известен способ получения быстродействующих приборов 2, заключающийся в проведении двух технологических процессов. На первой стадии проводят облучение электронами с энергией 0,4-12 МэВ флюенсом 1014-1015 см-2 при температуре 250-350 С. На второй - проводят отжиг приборов при температуре 290-310 С в течение 3-6 ч. 14223 1 2011.04.30 Недостатком указанного способа является ограниченный частотный диапазон работы изготовленных транзисторов, большой разброс параметров их быстродействия и, как следствие, невысокий процент выхода годных приборов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления кремниевых быстродействующих приборов 3, в котором после формирования активных элементов приборных структур, проводят их облучение быстрыми электронами с последующим отжигом и посадку структур в корпуса. Недостаток этого способа применительно к транзисторам связан с существенным разбросом приборов как по быстродействию, так и параметрам прямой и обратной проводимости, ввиду недостаточной воспроизводимости результатов типового технологического процесса, после проведения радиационно-термической обработки, что в итоге снижает процент выхода годных приборов. Задача изобретения - снижение разброса транзисторов по быстродействию (времени выключения) и повышение процента выхода годных приборов. Способ изготовления быстродействующих транзисторов, включающий формирование активных элементов приборных структур, облучение полученных структур электронами с энергией 3-5 МэВ дозой 51015-11016 см-2 при температуре 20-80 С и интенсивности пучка 21011-11012 см-2 с-1 с последующим отжигом при 380-430 С в течение 20-40 мин и посадку структур в корпуса. Новым, по мнению авторов, является то, что проводят повторное облучение полученных структур флюенсом не более 81013 см-2 с повторным последующим отжигом при 150 С в течение 24 ч. Сущность способа состоит в выборе оптимального режима для прецизионной регулировки времени жизни неравновесных носителей заряда в базовой области транзисторов на заключительном этапе их производства. Дело в том, что введение центров рекомбинации в транзисторные структуры, до посадки их в корпуса, за счет электронного облучения и отжига бесспорно технологично, но транзисторные структуры, посаженные в корпуса требуют небольшой корректировки своих параметров по быстродействию (времени выключения). Выбор флюенса повторного облучения (в пределах до 81013 см-2) обусловлен необходимостью получения транзисторов с минимальным разбросом по времени выключения,допустимым изменением статических характеристик и максимальным процентом выхода годных приборов. Температура и продолжительность повторного отжига (150 С в течение 24 ч) облученных транзисторов определены экспериментально с учетом гарантии стабильности их параметров в интервале рабочих температур эксплуатации и надежности корпусов. Пример конкретного выполнения. Предложенный способ был апробирован на биполярных транзисторах с изолированным затвором, рассчитанных на прямой постоянный ток коллектора до 20 А при максимальном напряжении коллектор - эмиттер 700-750 В. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер должно быть в пределах 1,8-2,1 В при токе коллектора 12 А, а ток утечки не должен превышать 250 мкА. Были отобраны три партии транзисторов в корпусах по 50 штук в каждой и измерены их исходные параметры. Обработка транзисторов по предложенному способу проводилась по следующей схеме. Транзисторы в количестве 50 штук загружались в облучательную капсулу, размещенную перед выходным окном ускорителя электронов с энергией 4 МэВ. Включался ускоритель и проводилось облучение капсулы с транзисторами в течение 200 с при интенсивности пучка электронов 41011 см-2 с-1 до флюенса 81013 см-2. После завершения облучения транзисторы помещались в термостат, где выдерживались в течение 24 ч при температуре 150 С. Обработка закончена. 14223 1 2011.04.30 Еще одну партию облучали и отжигали по способу прототипа, а третью - при режимах облучения и отжига, выходящих за пределы, указанные в предложенном способе. После указанных обработок проводился контроль параметров транзисторов с использованием общепринятых метрологических средств и методов. Быстродействие оценивалось по значению времени выключения транзисторов. Контролировались также статические параметры напряжение насыщения коллектор - эмиттер 1,95-2,1 В при токе 12 А,максимальное напряжение коллектор - эмиттер 730-750 В при токе утечки 250 мкА Процент разброса по быстродействию рассчитывался как отношение максимального отклонения времени выключения транзистора к среднему значению этого параметра по всей партии. Процент выхода годных рассчитывался как отношение количества транзисторов полностью удовлетворяющих нормам ТУ к общему количеству приборов, направленных на радиационно-термическую (облучение - отжиг) обработку. Данные приведены в таблице. Первая партия (прототип) разброс быстродействия по времени выключения составляет 10-15 , процент выхода годных приборов 85-92 . Вторая партия (заявляемый способ) разброс быстродействия по времени выключения составляет 5-7 , процент выхода годных приборов - не менее 96 . Изменениеразброса транзисторов по быстродействию ивыхода годных приборов в зависимости от режимов радиационно - термической (облучение - отжиг) обработки Режим повторного отжигаразброса тран-выхода годзисторов по ных транзи, С, ч быстродействию сторов 1 прототип 10-15 85-92 13 2 810 150 24 5-7 96-97 13 14 3 310 /110 130/170 18/30 9-10/11-13 82-85/78-82 Третья партия (обработка за пределами режимов) разброс быстродействия по времени выключения составляет до 10 , а процент выхода годных приборов - 82-85 , если флюенс облучения, температура и время отжига ниже, чем в заявляемом способе, и разброс быстродействия до 13 , а процент выхода годных до 78-82 , если флюенс облучения, температура и время отжига выше, чем в заявляемом способе. У части приборов наблюдалось превышение на 0,2-0,5 В, допустимого по нормам ТУ, напряжения насыщения коллектор-эмиттер. Таким образом, предложенный способ по сравнению с известным позволяет более чем в два раза снизить разброс транзисторов по быстродействию и увеличить в среднем до 7 процент выхода годных приборов. Источники информации 1. Заявка ФРГ 2755418, МПК 01 21 /324, 1979. 2. Патент США 4137099, МПК 01 21/263, 1979. 3. Заявка 94001681/25, 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3