Способ изготовления быстродействующих высоковольтных диодов

( ) (51) МПК (2006) Н 011. 21/02 НАЦИОНАЛЬНЫМ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический Центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (ВУ)(72) Авторы Коршунов Федор Павлович Марченко Игорь Георгиевич Жданович Николай Евгеньевич Кульгачев Владимир Ильич (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический Центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (ВУ)(57) Способ изготовления быстродействующих высоковольтных диодов путем облучения диодных структур электронами с энергией 0,4-12 МэВ флюенсом 1-1014-1-1015 см 2 притемпературе 250-350 С и последующего отжига при температуре 290-310 С в течение 3-6 ч, отличающийся тем, что перед облучением электронами проводят термообработкудиодных структур при температуре 420-480 С в течение 50-70 мин.Изобретение относится к области электроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов на основе кремния, 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.Недостатком этого способа является рост обратного тока в облученных структурах при повышенных температурах, что приводит к резкому снижению процента выхода годных приборов.Известен способ 2 повышения быстродействия полупроводниковых приборов, включающий локальное электронное облучение приборных структур с р-п-переходами с энергией электронов вблизи порога дефектообразования в кремнии.Недостатком способа является то, что он не позволяет получить достаточно высокое быстродействие.Известен способ 3 Изготовления кремниевых быстродействующих высоковольтных приборов, включающий формирование р-п-перехода, нанесение и вжигание первого никелевого слоя, создание и стеклопассивацию мезафаски, облучение полученных структур электронами с энергией 3-5 МэВ дозами 5-10151-1016 см 2 при температурах 20-80 С и интенсивности пучка 2-10111-1012 см 2 с 1 с последующим отжигом при 380-430 С в течение 20-40 мин и посадку структур в корпуса.Недостатком указанного способа является ограниченный частотный диапазон работы изготовленных приборов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения быстродействующих диодов 4, заключающийся в проведении двух технологических процессов. На первой стадии проводят облучение электронами с энергией 0,412 МэВ флюенсом 10141015 см 2 при температуре 250350 С. На второй - проводят отжиг приборов при температуре 290310 С в течение 36 ч.Недостатком этого способа является то, что невозможно получить приборы с максимально возможным быстродействием из-за ухудшения статических параметров и увеличить радиационную стойкость изготавливаемых приборов, что ограничивает возможности способа.Задача изобретения - увеличение радиационной стойкости за счет снижения удельного сопротивления базовой области диодов и выхода годных приборов за счет улучшения статических параметров.Способ изготовления быстродействующих высоковольтных диодов путем облучения диодных структур электронами с энергией 0,4-12 МэВ флюенсом 1-1014-1-1015 см 2 при температуре 250-350 С и последующего отжига при температуре 290-310 С в течение 3-6 ч.Новым по мнению авторов является то, что перед облучением электронами проводят термообработку диодных структур при температуре 420-480 С в течение 50-70 мин.Сущность способа состоит в следующем. Термообработка диодных структур приводит к образованию в них дефектов типа термодоноров 5, обусловливающих снижение удельного сопротивления базовой области диодов. Ухудшение параметров приборов после термообработки не происходит. Последующее облучение приводит к образованию в базе приборов эффективных центров рекомбинации, снижающих время жизни неосновных носителей заряда и способствующих увеличению быстродействия приборов. Однако снижение времени жизни приводит к росту прямого падения напряжения диодов (Ипр) и его выходу за рамки, определяемыми техническими условиями ТУ, вследствие уменьшения глубины модуляции проводимости базовой области неосновными носителями заряда. Изменение Ипр при этом определяется величиной удельного сопротивления базовой области.Поэтому предварительная термообработка, снижающая удельное сопротивление базовой области, позволяет увеличить процент выхода годных приборов за счет уменьшения Ипр и его соответствия требованиям ТУ при том же уровне быстродействия, как и для способа-прототипа.При облучении приборов, полученных по предлагаемому способу, выход статических параметров (главным образом Ипр) за пределы норм по ТУ и, в частности, двукратное превышение Ипр, принимаемое за критерий радиационной стойкости, наблюдается при флюенсах в 2-5 больших, чем для диодов, полученных по способу-прототипу. Это обусловлено тем, что при облучении, приводящем к снижению времени жизни неосновных носителей заряда, а следовательно, и к уменьшению глубины модуляции проводимости базы, величина Ипр определяется удельным сопротивлением части базы, непромодулированной неосновными носителями. У диодов, прошедших предварительную термообработку, значение удельного сопротивления материала базы увеличивается в 2-6 раз, что и приводит к росту их радиационной стойкости (РС) по сравнению с приборами, изготовленных по способу-прототипу.Кремниевые пластины диаметром 76 мм И толщиной 0,3 мм в количестве 5 Штук с диодными структурами, сформированными путем диффузии примесей и нанесения контактов, нагревают в печи до температуры 460 С и выдерживают при этой температуре в течение 60 мин. Затем структуры крепят К металлической подложке, которую нагревают до температуры 320 С и облучают флюенсом 8,5-1014 см 2, энергия электронов 6 МэВ, интенсивность 2-1012 см 2. Затем пластины помещают в печь и отжигают при температуре 300 С в течение 4 ч.После отжига пластины разрезают на отдельные структуры и из них изготавливают 150 диодов.Измерения электрических параметров диодов показывают, что у всех полученных диодов время восстановления обратного сопротивления, определяющее быстродействие диодов, снизилось в 15-20 раз. Другие параметры полученных приборов соответствуют нормам ТУ у 95 полученных приборов. Последующее облучение диодов электронами с энергией 6 МэВ показало, что двукратное увеличение Ипр происходит при флюенсах, в 5,5-6 раз превыщающих флюенсы, при которых наблюдается двукратное увеличение Ипр у диодов, не прощедщих предварительную термообработку (т. е. изготовленных по способу-прототипа).По предлагаемому способу были подвергнуты термической обработке и последующему высокотемпературному облучению и отжигу диодные структуры, идущие на изготовление диодов на токи до 20 А и обратные напряжения до 1000 В. Полученные значения величины процента выхода годных приборов и увеличения радиационной стойкости (за единицу уровня радиационной стойкости принята радиационная стойкость приборов, изготовленных по способу-прототипу) приведены в таблице.Анализ данных, полученных при терморадиационной обработке высоковольтных диодных структур, показывает, что выход за пределы граничных значений температуры и времени термообработки приводит либо к низкому проценту выхода годных за счет ухудшения параметров снижения напряжения пробоя за рамки ТУ, выход токов утечки за рамки ТУ, либо к незначительному увеличению радиационной стойкости.Увеличение радиационной стойкости (РС) и процента выхода годных ( ВГ) в зависимости от температуры (Т С) и времени термообработки (ъ). Температура облучения 320 С. Энергия электронов 6 МэВ. Флюенс 8,5-1014 см 2.для достижения положительного эффекта Необходимы времена термообработки в десятки Часов, что технологически нецелесообразно при времени термообработки 70 мин обратное напряжение на диоде не соответствует норме по ТУпри времени термообработки 70 мин обратное напряжение на диоде не соответствует норме по ТУпри времени термообработки 70 мин токи утечки при температурах эксплуатации 60 С выше нормы по ТУпри времени термообработки 15 мин токи утечки при температурах эксплуатации 60 С выше нормы по ТУ