Способ изготовления диода Шоттки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИОДА ШОТТКИ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Глухманчук Владимир Владимирович Солодуха Виталий Александрович Соловьев Ярослав Александрович Кузик Сергей Владимирович(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(56)8449 1, 2006.20050251, 2005.2134467 1, 1999.4218685 1, 1993.4691435 , 1987. КОЗЛОВСКИЙ В.В. и др. Модифицирование полупроводников пучками протонов. Физика и техника полупроводников, 2000. - Т. 34. Вып. 2. - С. 143144.(57) Способ изготовления диода Шоттки, включающий окисление сильнолегированной кремниевой подложки -типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца -типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550650 С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, отличающийся тем, что после вскрытия в окисле кремния окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см 2 для формирования геттерирующего слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое. Фиг. 9 Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к технологии изготовления мощных диодов Шоттки, и может быть использовано в изделиях силовой электроники. 11278 1 2008.10.30 Известен способ изготовления диода Шоттки 1, включающий окисление сильнолегированной подложки -типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца р-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки. Однако в данном способе выпрямляющие свойства диода Шоттки сильно зависят от состояния границы раздела барьерного слоя с кремнием, где существует высокая вероятность наличия естественного окисла кремния, химических соединений или адсорбированных газов, что обусловливает высокие значения обратных токов и низкий выход годных диодов Шоттки, изготовленных согласно данному способу. Кроме того, в данном способе барьерный слой формируют не только в пределах окна в окисле кремния, но и за его пределами, что приводит к отслаиванию барьерного слоя от поверхности окисла кремния,также обусловливающему рост обратных токов и снижение выхода годных диодов Шоттки. Известен способ изготовления диода Шоттки 2, включающий окисление сильнолегированной подложки -типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца р-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки,формирование металлизации непланарной стороны подложки. Формирование барьерного слоя электрода Шоттки в окне исключает его отслаивание от поверхности окисла кремния, что повышает стабильность характеристик диодов Шоттки. Однако и в данном способе на границе раздела барьерного слоя с кремнием существует высокая вероятность наличия естественного окисла кремния, химических соединений или адсорбированных газов, что обусловливает высокие значения обратных токов и низкий выход годных диодов Шоттки, изготовленных согласно данному способу. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления диода Шоттки 3, включающий окисление сильнолегированной кремниевой подложки -типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитаксиальном слое охранного кольца р-типа проводимости, вскрытие в окисле кремния окна, формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550-650 С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки. Формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм улучшает чистоту границы раздела металл - кремний, сводит к минимуму толщину естественного окисла кремния, удаляет с поверхности органические загрязнения, адсорбированные газы и химические соединения, что позволяет снизить величину обратного тока и повысить выход годных. Кроме того, отжиг при температуре 550-650 С в среде азота или аргона в течение 2-6 ч позволяет произвести геттерирование примесей и дефектов кристаллической структуры из активной области диода Шоттки, что также способствует снижению обратных токов и повышению выхода годных. Однако эффективность геттера в данном способеявляется низкой, поскольку геттерирующий слой, поглощающий в себе металлические примеси и дефекты из объема кремниевой подложки, отсутствует как таковой. Поэтому и данный способ характеризуется наличием высоких токов утечки и низким выходом годных диодов Шоттки. В основу изобретения положена задача уменьшения обратных токов и повышения выхода годных диодов Шоттки. Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления диода Шоттки,включающем окисление сильнолегированной кремниевой подложки -типа проводимо 2 11278 1 2008.10.30 сти, со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, формирование в эпитак-сиальном слое охранного кольца р-типа проводимости,вскрытие в окисле кремния окна, формирование углубления в эпитаксиальном слое величиной 0,05-0,5 мкм, отжиг при температуре 550-650 С в среде азота или аргона в течение 2-6 часов, формирование в окне барьерного слоя электрода Шоттки, формирование металлизации электрода Шоттки, формирование металлизации непланарной стороны подложки, после вскрытия в окисле кремния окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см 2 для формирования геттерирующего слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое. Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что после вскрытия в окисле кремния окна осуществляют ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см 2 для формирования геттерирующего слоя, а отжиг проводят перед формированием углубления в эпитаксиальном слое. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Известно, что величина токов утечки диодов Шоттки определяется высотой барьера Шоттки, плотностью поверхностных состояний на границе металл-кремний, а также током генерации носителей заряда в области обеднения диода Шоттки 4, 5. Ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия энергией 100-150 кэВ дозой 1013-1015 ат./см 2 создает геттерирующий слой, который при термической активации оттягивает на себя быстродиффундирующие примеси и дефекты кристаллической решетки из объема кремниевой подложки и эпитаксиального слоя. Это снижает ток генерации носителей заряда в области обеднения диода Шоттки и повышает совершенство кристаллической структуры кремния на границе раздела с барьерным слоем электрода Шоттки. Как следствие, обратный ток диодов Шоттки уменьшается, а выход годных увеличивается. Если энергия ионов составляет менее 100 кэВ, а доза - менее 1013 ат./см 2, то созданный геттерирующий слой не будет обладать достаточной эффективностью, а значит, положительного эффекта наблюдаться не будет. При энергии ионов более 100 кэВ и дозе более 1013 ат./см 2 дальнейших улучшений наблюдаться не будет, что экономически нецелесообразно. Осуществление ионного легирования ионами водорода или гелия после вскрытия в окисле кремния окна обусловлено следующими причинами. Во-первых на данной стадии изготовления диода Шоттки уже выполнены все высокотемпературные операции окисления и диффузии, которые генерируют дефекты кристаллической решетки, а также резко снижают эффективность геттерирующего слоя. Во-вторых на данной стадии изготовления на обратной стороне кремниевой подложки отсутствует слой окисла кремния, который препятствует имплантации ионов водорода или гелия непосредственно в кремний. Проведение отжига при температуре 550-650 С в среде азота или аргона в течение 2-6 часов перед формированием углубления в эпитаксиальном слое выполняют с целью активации геттерирующего слоя после ионного легирования ионами водорода или гелия. Если отжиг проводить после формирования углубления в эпитаксиальном слое, то вместе с эпитаксиальным слоем травлению будет подвергаться и обратная сторона подложки, а значит, геттерирующий слой будет удален до его активации. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-9, где на фиг. 1 показана кремниевая подложка -типа проводимости (1) со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости (2), на фиг. 2 - структура после окисления, на фиг. 3 после формирования в эпитаксиальном слое (2) охранного кольца р-типа проводимости(4), на фиг. 4 - после вскрытия в окисле (3) окна, на фиг. 5 - после ионного легирования непланарной стороны подложки (1) ионами водорода или гелия, на фиг. 6 - после формирования углубления в эпитаксиальном слое, фиг. 7 - после формирования в окне барьерно 3 11278 1 2008.10.30 го слоя электрода Шоттки (6), на фиг. 8 - после формирования металлизации электрода Шоттки (7), на фиг. 9 - после формирования металлизации непланарной стороны подложки(1). Предложенный способ формирования структуры, изображенной на фиг. 9, может быть использован для изготовления диодов Шоттки с пробивными напряжениями от 20 до 100 В. В качестве примера показано его применение для изготовления диода Шоттки 340. Сначала проводили окисление исходной структуры (фиг. 1), состоящей из легированной мышьяком кремниевой подложки с ориентацией (111) и удельным сопротивлением 0,003 Омсм (1) со сформированным эпитаксиальным слоем толщиной 4,5-5,5 мкм и удельным сопротивлением 0,55-0,65 Омсм (2) при температуре 950 С до толщины окисла (3) 0,35-0,41 мкм (фиг. 2). Затем стандартными методами фотолитографии ионного легирования бором дозой 9 мкКл при ускоряющем напряжении 60 кВ и диффузии при температуре 1050 С в среде кислорода формировали охранное кольцо р-типа проводимости (4) глубиной 1,1 мкм с поверхностным сопротивлением 1000 Ом/кв. и толщиной окисла 0,43 мкм (фиг. 3). После этого фотолитографией вскрывали окно в окисле (3) (фиг. 4) и проводили ионное легирование непланарной стороны подложки ионами водорода или гелия, в результате чего на обратной стороне подложки формировался геттерирующий слой(5) (фиг. 5). Далее проводили активацию геттерирующего слоя путем отжига при температуре 600 С в течение 4 ч в атмосфере азота и в травителе НО 3 Н 3 СООННН 2 О(объемное соотношение 0,280,2100,0350,475), формировали углубление в эпитаксиальном слое величиной 0,2-0,25 мкм (фиг. 6). Затем методами магнетронного распыления и фотолитографии формировали в окне барьерный слой электрода Шоттки (6) из молибдена (фиг. 7) и металлизацию электрода Шоттки (7) -//-/ (фиг. 8). После этого проводили утонение структуры до остаточной толщины 300 мкм шлифовкой непланарной стороны связанным абразивом и магнетронным распылением формировали металлизацию непланарной стороны подложки (8) /-/ (фиг. 9). Результаты измерения электрических параметров диодов Шоттки, изготовленных согласно предложенному способу, в сравнении с прототипом представлены в таблице. Сравнительные данные по величине обратных токов и выходу годных диодов Шоттки в зависимости от режимов формирования геттерирующего слоя Режим ионного легирования Измеренные параметры 1 (45 В, п/п Тип Доза,Энергия,(45 В, ВГ/ВГп 2, Примечание 25 С),2 ионов ат./см кэВ 5 С), мкА Отн. ед. мкА Н 60 77,2 10,6 1,02 51012 1- величину обратных токов при напряжении 45 В и температуре 25 С измеряли по всем кристаллам на пластине при помощи измерительной системы КАШС установки зондового контроля ЭМ 610 с записью в ПЭВМ каждого измеренного значения, в таблице 4 11278 1 2008.10.30 приведены среднее значение параметра и его СКО для всех кристаллов, в которых отсутствуют дефекты типа обрыв и короткое замыкание, погрешность измерения 1 мкА. 2- показатель определяли как отношение выхода годных относительно выхода годных диодов Шоттки, изготовленных по способу-прототипу по результатам функционального контроля. Как видно из таблицы, диапазоны дозы легирования ионами водорода или гелия от 13 10 до 1015 ат./см 2 и энергии ионов от 100 до 150 кэВ являются оптимальными. При дозе менее 1013 ат./см 2 и энергии ионов менее 100 кэВ не наблюдается значительных улучшений из-за малой мощности геттерирующего слоя. При дозе ионов более 1015 ат./см 2 и энергии более 150 кэВ не наблюдается дальнейших улучшений. Анализ таблицы показывает, что заявляемый способ изготовления диода Шоттки позволяет уменьшить обратные токи на 16,1-19,9 , уменьшить их разброс в 1,3-2,1 раза и увеличить выход годных диодов Шоттки на 9-18 . Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу уменьшения обратных токов и повышения выхода годных диодов Шоттки. Источники информации 1.//, - 1984. - . 8-9. 2. Патент Великобритании 2341276, МПК Н 01 21/329, 2000. 3. Патент РБ 8449, МПК Н 01 21/329, 2006. 4. Родерик Э.Х. Контакты металл-полупроводник Пер. с англ. / Под ред. Г.В. Степанова. - М. Радио и связь, 1982. - 208 с. 5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов Пер. с англ. Кн. 1. - М. Мир, 1984. 456 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6