Способ изготовления кремниевых быстродействующих приборов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ПРИБОРОВ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Марченко Игорь Георгиевич Коршунов Федор Павлович Гурин Павел Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ изготовления кремниевых быстродействующих приборов, при котором формируют переходы, создают контактные слои и облучают полученные структуры электронами с энергией от 3 до 5 МэВ дозой от 51015 до 11016 см-2 при температуре от 20 до 80 С и интенсивности пучка от 21011 до 11012 см-2 с-1, проводят последующий отжиг при температуре от 290 до 310 С продолжительностью до 20 мин, выдерживают структуры при комнатной температуре до 20 мин, проводят повторный отжиг при температуре от 400 до 450 С продолжительностью до 15 мин, осуществляют посадку структур в корпуса. Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления быстродействующих полупроводниковых приборов, изготовленных на основе кремниевых эпитаксиальных структур с (-)-переходами, и может быть использовано в их массовом производстве 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. Известен способ 2, 3 повышения быстродействия полупроводниковых приборов,включающий локальное электронное обучение приборных структур с переходами с энергией электронов вблизи порога дефектообразования в кремнии. Известен способ 4 получения быстродействующих выпрямителей 5, заключающийся в проведении двух технологических операций, которые завершают процесс изготовления приборов. На первой операции проводят облучение электронами с энергией 0,412 МэВ флюенсом 10141015 см-2 при температуре 250350 С. На второй операции проводят отжиг приборов при температуре 290310 С в течение 36 часов. 15639 1 2012.04.30 Однако изготовленные таким образом приборы имеют ограниченный частотный диапазон работы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления кремниевых быстродействующих приборов 5, который включает формирование переходов, создание контактных слоев и облучение полученных структур электронами с энергией 3-5 МэВ дозами 5101511016 см-2 при температурах 20-80 С и интенсивности пучка 2101111012 см-2 с-1 с последующим отжигом при 380-430 С в течение 20-40 мин и посадку структур в корпуса. Недостаток этого способа применительно к приборам, основой которых являются эпитаксиальные (-)-структуры, связан с невозможностью получить высокое быстродействие при значениях прямого падения напряжения и обратного тока, не выходящих за нормы технических условий (ТУ). Задача изобретения - улучшение параметров быстродействующих приборов за счет снижения прямого падения напряжения и уменьшения обратного тока. Способ изготовления кремниевых быстродействующих приборов, при котором формируют переходы, создают контактные слои и облучают полученные структуры электронами с энергией от 3 до 5 МэВ дозой от 51015 до 11016 см-2 при температуре от 20 до 80 С и интенсивности пучка от 21011 до 11012 см-2 с-1. Новым по мнению авторов является то, что последующий отжиг проводят при температуре от 290 до 310 С продолжительностью до 20 мин, выдерживают структуры при комнатной температуре до 20 мин, проводят повторный отжиг при температуре от 400 до 450 С продолжительностью до 15 мин, осуществляют посадку структур в корпуса. Сущность изобретения. Радиационная технология быстродействующих приборов на эпитаксиальном кремнии, имеющих, как правило, тонкие базовые области, допускает использование высоких уровней облучения. В сильно облученных кремниевых -переходах процессы рекомбинации, генерации и захвата носителей заряда идут через различные радиационные дефекты - центры (РД). Это обстоятельство делает возможным независимое влияние на такие характеристики эпитаксиальных приборов, как генерационный ток, прямое падение напряжения и время жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ). При оптимальных, для конкретных приборных структур, режимах облучения и последующего отжига можно вводить преимущественно РД, контролирующие рекомбинационные процессы, и подавлять образование РД, формирующих генерационный ток и ответственных за рост потерь энергии в проводящем состоянии прибора. Использование условий отжига, предлагаемых в настоящем изобретении, дает возможность 1. трансформировать РД с низкой термостабильностью в более термостабильные комплексы, контролирующие темп рекомбинации неосновных ННЗ в приборной структуре,дополнительно снизив величину времени жизни ННЗ в базовых областях, не прибегая к большим дозам облучения 2. замедлить рост обратной проводимости за счет частичного отжига РД, контролирующих генерационную составляющего тока 3. уменьшить прямое падение напряжения за счет отжига РД, контролирующих концентрацию основных ННЗ. Диапазоны температур и продолжительности отжига выбраны из того, что при температурах ниже 290 С мала эффективность преобразования радиационных дефектов с низкой термостабильностью, а при температуре выше 310 С и времени отжига более 20 мин заметных улучшений уже не происходит. При температуре ниже 400 С не полностью завершается отжиг дефектов, ответственных за рост прямого падения напряжения, а при температурах выше 450 С в течение более 15 мин наблюдается только ухудшение параметров. 2 15639 1 2012.04.30 Выдержка структур при комнатой температуре в течение до 20 мин между этапами отжига позволяет минимизировать негативное влияние отжига на изменение обратного тока в облученных структурах, связанного с накоплением поверхностных энергетических состояний. При времени выдержки более 20 мин дальнейших улучшений не наблюдается. Предлагаемый способ довольно прост в реализации. Его можно использовать для обработки различных приборов. Однако наиболее сильно его преимущества проявляются для эпитаксиальных приборов, имеющих, как правило, тонкие базовые области и рассчитанных на обратные напряжения до 200-300 . Пример конкретного выполнения. Основной эксперимент по опробованию данного способа изготовления кремниевых быстродействующих приборов был проведен на эпитаксиально-планарных диодах типа КД 642, предназначенных для применения в импульсных источниках питания. Разрабатываемый способ должен обеспечить получение приборов со следующими характеристиками при(2510) С время обратного восстановления диода 55 нс постоянное прямое напряжение диода 1,20 постоянный обратный ток 0,1 мА. Для получения приборов с требуемыми параметрами приборные структуры (чипы диодов), представляющие собой сформированные по эпитаксиальной технологии в слое кремния (толщиной 40 мкм) переходы с нанесенными контактами, перед посадкой в корпуса облучают электронами с энергией 4 МэВ дозой 71015 см-2 при температуре 25 С и интенсивности пучка 11012 см-2 с-1. Последующую обработку приборных структур (отжиг, выдержку при комнатной температуре и повторный отжиг) проводят как в допустимых интервалах (по заявляемому способу), так и за их пределами, а также по способу прототипа (отжиг при 400 С в течение 30 мин). Облученные и отожженные приборные структуры помещают в корпуса и измеряют их параметры. В таблице приведены результаты измерений параметров диодов после обработки шести партий диодных структур (по 10 шт. в каждой). Принятые обозначения / - температура и время отжига- время выдержки структур при комнатной температуре между этапами отжига. Как видно из таблицы, оптимальными условиями обработки для диодных структур являются отжит при температуре 300 С в течение 15 мин, выдержка при комнатной температуре в течение 20 мин и повторный отжиг при температуре 430 С в течение 15 мин. Выход за пределы допустимых температурных и временных интервалов, а также отжиг по прототипу дает худшие результаты. Изменение параметров диодов в зависимости от условий обработки (отжига) диодных структур Условия обработки Параметры приборов Повторн.партии Отжиг /, Выдержка отжиг / нс Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4