Способ получения сплавно-диффузионного @ - @ -перехода

Способ получения сплавно-диффузионного @ - @ -перехода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Е а1) 511 Н 01 21/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 1400378/26-25 (22) 12.02.70 (46) 30.03.84, Бюл. М 12 (72) О,Ф.Астахов, А.А.Галаев, С.С. Горелик В.Д.Ермошин, С.К.Коровин, И.И.Круглов, К.А.Преображенцев, М.М.Самохвалов и С.В.Фронк (53) 621.382,002(088 ° 8) (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВНОДИФФУЗНОГО -д-ПЕРЕХОДА путем нанесения на поверхность пластины полупроводникового материала слоя активного металла, например титана, располокения на нем электродного металла и нагрева полученной структуры до температуры, не ниже температуры эвтектики электродный металл - полупроводник, с последующим диффузионным отжигом и кристаллизацией, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения коэффициентов перекрытия по емкости и изготовления переходов лю" бой заданной площади, между слоями электродного металла-носителя располагают слой акцепторной и донорной примеси, 320228

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, преимущественно нелинейных управляемых емкостей, например ва" рикапов. 5

Известен способ получения контакта электродного металла с полупроводником, когда на поверхность полупроводникового материала при температуре не ниже 400"С наносят слой активного металла, напр ер. титана, Ъ толщиной не более 1000 и слой металла, защищающего активный металл от окисления окружающей средой, например серебра. На этом слое распола- 15 гают электродный металл, легированный соответствующими примесями, с последующим вплавлением его в объем полупроводникового материала при температуре, не ниже температуры 20 эвтектики электродный металл - полу.проводник.

Обратный градиент концентрации примеси в базе -11-перехода может быть сформирован вплавлением элек- 25 тродного металла (сплава в виде таб-. .летки или шарика), легированного соответствующими примесями, в полупроводниковый материал соответствующего типа проводимости через слой ЗО активного металла, толщиной менее

1000 Х.. с последующей диффузией этих лЬгирующих примесей в объем полупроводникового материала и кристаллизацией. Например, электродный. металл{сплав)алюминий-сурьма-олово вплавляется в кремний р-типа проводимости через тонкий слой титана и с серебра при 1000 С.

При этом слой активного металла - 4О титана восстанавливает и разрушает поверхностные окислы, акцепторная примесь - алюминий обеспечивает создание обратного градйента .концентраgem примеси а базе -6-.,:перехода, go- 45 норная примесь - сурьма образует собственно f --П-переход, а оловО является электродньи металлом-носителем, Известный способ имеет ряд недостатков: во-вервых;, вследствие обра-, 50 зования глубоких рекристаллиэоваийых слоев, полученных в результате вплав. ления электродного металла и колебания фронта вплавления, затруднено получение тонких баз структурй (2- 55

4 мкм) и высоких добротностей приборов; во-вторых, метод не обеспечивает воэможности получения -И-переходов с обратным градиентом концент- рации примеси на достаточно больших. площадях (> 2 мм ), так как это связано с увеличением количества (массы) вплавляемого электродного металла, приводящего.к аномальным искажениям фронта вплавления и возникновению значительных механических напряжений в полупроводниковом кристалле; в-третьих, поскольку концентрация лигатуры в электродном металле (сплаве) однозначно определяет параметры обратного градиента, а обеспечить достаточную химическую однородность сплава в процессе его подготовки не удается, то неизбежен определенный разброс параметров вольтфараднрй характеристики варикапа в процессе его изготовления.

Цель изобретения — получение сплавно-диффузионных р --11-переходов на любой площади с обратным градиентом концентрации примеси в базе, обеспечивающим высокий коэффициент перекрытия по емкости (К порядка

25-50) в интервале напряжений О,110 В, улучшение химической однородности сплава и снижение раэбросов вольтфарадной характеристики варикапа, реализация тонких баз (порядка 2-4 мкм) и высоких добротностей прибора.

Это достигается тем, что на поверхность пластины полупроводникового материала соответствующего типа проводимости наносят слои активного металла (толщиной менее

1000 Х) и слои электродного металланосителя, между которыми располагают слои акцепторной и донорной примеси.

Полученную таким образом на поверх:ности пластины многослойную пленочную структуру электродного .металланосителя и легирующих примесей вплавляют в объем полупроводникового материала при температуре, не ниже температуры эвтектики электродный металл-носитель — полупроводник.

При этом образуется многокомпонентный однородный слой расплава полупро-, водник — электродный металл-носительлегирующие примеси, из которого диффундируют легирующие примеси в объем полупроводника.

Предлагаемый способ позволяет получить тонкие рекристаллизованные слои, сплошной и равномерный фронт

320228 вплавления, высокую химическую однородность расплава и незначительные механические напряжения в области контактов. Способ реализуется на таких полупроводниковых материалах, как германий и кремний, где в качестве активного металла, наносимого на поверхность полупроводникового материала, используют металлы, например титан, ниобий, цирконий, хром и др., 10 способные к восстановлению поверхностных окислов полупроводника и обеспечивающие качественное вплавление последующих слоев электродного металла-носителя в полупроводниковый 15 материал.

Электродный металл-носитель должен обеспечить возможность контролируемого введения легирующих примесей в расплав электродный металл- 20 носитель — полупроводниковый материал и соответствующее формирование обратного градиента концентрации примеси и р --и-перехода. Наиболее полно этим требованиям отвечают 25 электродные металлы, электрически нейтральные, или электродные металлы, не изменяющие основных характеристик полупроводникового материала и образующие с ним простые эвтектические системы, например серебро, золото и др.

Между слоями электродного металланосителя располагают по крайней мере два слоя легирующей примеси, акцепторную, в качестве которой ис пользуют, например, бор, алюминий, галлий, индий, н донорную — фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.

Концентрация легирующей примеси 4О в расплаве, задающей обратный градиент в зависимости от конкретных параметров вольтфарадной характеристики, определяется интервалом

1 10 см — 10 см -, а примеси, об-45

l6 18 -3 разующей Р -и-переход — концентрацией

I8 не менее 5 10 см 3, толщина слоев легирующих примесей — в первую очередь, суммарной толщиной слоев электродного металла-носителя и физикохимической природой выбранной примеси.

Толщина слоев электродного металланосителя должна обеспечить введение . такого количества легирующей примеси в расплав, которое было бы доста- gg точным для поддержания заданной концентрации лигатуры в расплаве в про-ч цессе диффузионного отжига, поэтому минимальная толщина слоя электродного металла-носителя равна 1000 3,.

Описываемый способ реализуют, например, для варикапов с коэффициентом перекрытия порядка 30 в интервале напряжений и смещения 0,1-10 В, с пробивными напряжениями 20 В, обратными токами. 5 мкА и добротностью

100 при смещении напряжения 2 В на частоте 10 мГц.

В качестве рабочей пластины берут кремний Р-типа, легированный бором, с удельным сопротивлением

0,01 Ом см, с соответствующим образом подготовленной поверхностью толщиной 18015 мкм, на которую осаждается (наращивается) любым извест.— ным методом эпитаксиальная плейка кремния Р --типа, легированная бором до удельного сопротивления

20+20X 0МесМ> толщиной 6+0,5 мкм.

Одновремейно готовят технологическую подложку кремния д -типа, легированную сурьмой, с удельным сопротивлением 0,5 Ом см, толщиной

180+5 мкм, для- обеспечения чистоты поверхности которой пластины предварительно шлифуют порошком М5 с последующим частичным удалением нарушенного слоя известными методами химической обработки.

На рабочую пластину кремния

Р-типа проводимости методом вакуумного испарения при давлении

1 10 -10 мм рт.ст. и температуре о подложки 200-600 С последовательно наносятся аслои титана толщиной около 300 А . и серебра. толщиной

500-1500 Х, серебра (электродный металл-носитель) толщиной около 2 мк, который обеспечивает качественное сплавление системы серебро — кремний; алюминия толщиной около 1000 А, акцепторную присадку, обеспечивающую формирование обратного градиента, и серебра толщиной около 2 мкм, слой которого устраняет каплеобразования алюминия как в процессе вплавления, так и в последующих операциях напыления другой примеси, сурьмы. ь толщиной около 1500 А — донорную присадку, обеспечивающую создание

p-A-перехода, и серебра толщиной около 2 мкм, слой которого устраняет каплеобразование пленки сурьмы в процессе вплавления.

Затем на технологическую подложку кремния П -типа проводимости

320228

Составитель

Редактор Л. Письман Техред Т.Маточка

Корректор А. Зимокосоу .

Заказ 2379/3 Тираж 683

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 напыляют титан и серебро по .описанному технологическому циклу.

Подготовленные таким образом пластины кремния rl и Р -типа проводимос- ти складывают поверхностями, имеющими напыленные слои, и сплавляют при 900 С с одновременным образованием однородного расплава сереброкремний — сурьма — алюминий, из которого в температурном интервале

950-1200 С в эпитаксиальную пленку кремния Р -типа диффундируют алюминий и .сурьму.

Полученную после сплавления и диффузионного отжига структуру типа

"пирог" шлифуют со стороны кремния и -типа до толщины пластины в 4050 мки (общая толщина "пирога" после шлифовки 220+10 MKM) и подвергают 30 с травлению в смеси плавиковой, азотной и уксусной кислот в сотношении 2:9:4 для удаления загрязнений с поверхности пластин перед иеталлизацией и нанесением омического контакта.

Омический контакт получают металлиэацией с двух сторон полученной структуры посредством последовательного напыления в вакууме 5 ° 10 мм рт.ст. при температуре подложки не ниже 500 С слоев титана о и никеля общей толщиной около 1000A.

Разделение пластины на кристаллы производят химическим травлением незащищенного полупроводникового материала с образованием мез. Для чего "пирог" пластиной р -типа наклеивают на фторопластовый диск, а с противоположной стороны через маску с круглыми отверстиями„ ди- 40 аметром 1 ми, для защиты поверхности кристалла наносят слой битума.

Структуру протравливают в смеси

Йлавиковой, азотной и уксусной кислот в соотношении 2;9:4 до пол» ного удаления кремния л -типа и выхо-. да травителя на серебро, которое удаляется последовательным окислением его в азотной кислоте и растворением азотнокислого серебра в воде.

Затем пластина кремния р -типа дополнительно подтравливается на глубину 5-10 мкм в смеси указанных кислот, промывается в воде, толуоле и высушивается. После сушки скрайбированием пластины окончательно разделяются на кристаллы, которые сплавляются в следующей операции с выводными электродами типа "плющенка".

Выводные электроды размером

13 х 0,8 х 0,1 мм, изготовленные иэ никелевой полоски с гальванически осажденным на ней слоем золота толщиной 5-6 мкм, методом кассетной сборки в вакууме ь10 мм рт.ст. и при 480-500 С сплавляются с кристал0 лом, где в результате вплавления в кремний золотого покрытия получается сплавной контакт по всей площади перехода.

Собранный диод в течение 1 мин протравливается в смеси кислот укаэанного состава и тщательно промывается в деионизированной воде, после чего структуру силанируют органоэамещенным гидролизованным силаном, сушат и защищают тонким слоем кремнеорганического каучука. По окончании полимеризации каучука диод покрывается каплей эпоксилоксанового компаунда с последующей его полимеризацией при 200 С. о

В результате проведенных технологических операций получаем варикап с требуемыми электрическими параметрами.