Способ изготовления полупроводниковых диодов

 

Изобретение служит для разделения полупроводниковых пластин на кристаллы травлением. Сущность: при разделении полупроводниковых пластин на кристаллы используют двухстороннее травление в жидкостном травителе по узким промежуткам , вскрытым в маскирующем покрытии. Рисунок промежутков с обеих сторон пластин одинаков. Для каждого травителя имеется предельная величина ширины дорожки травления, при превышении которой скорость травления не зависит от ширины дорожки . С уменьшением ширины дорожки менее этой предельной величины скорость травления падает из-за диффузионных затруднений . Варьируя соотношение ширины промежутков в маскирующем покрытии с двух сторон пластин при разделительном травлении, можно получить заданное положение области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов. При разделении на кристаллы пластин с глубокозалегающими р-п переходами способ позволяет создать оптимальную форму боковой поверхности з&счет контролируемого смещения области смыкания фронтов травления От плоскости р-л перехода. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 1 21/306

К ПАТЕНТУ с

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4827564/25 (22) 30.03,90 (46) 23.05.93. Бюл. hL 19 (75) Р,А.Церфас, О,М,Рифтин, В,П.Головнин, В.Н.Тихонов и H.T.Äæóìàíîâà (73) Производственное обьединвние "Фотон (56) Рвтент Японии N 50-26906, кл. 99 (5) С

3 (Н : 21/306) 1q75

Патент Япс ии М. 9081, кл. 99 (5) А 04 (Н

01 L 21/306), f966. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ (57) Изобретение служит для разделения полупроводниковых пластин на кристаллы травлением. Сущность. при раэделенйи полупроводниковых пластин на кристаллы используют двухстороннее травление в жидкостном травителе по узким промежуткам, вскрытым в маскирующем покрьггии.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводникового диода в части получения его полупроводниковой структуры, Целью данного изобретения является введение контроля расположения области смыкания встречных фронтов травления otносительно плоскости р-и перехода на боко. вой поверхности полупроводниковой структуры диода.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно определяют ширину прО„„Я2„, 1817867 А3

Рисунок промежутков с обеих сторон пластин одинаков. Для каждого травителя имеется предельная величина ширины дорожки травления, при превышении которой скорость травления не зависит от ширины дорожки. С уменьшением ширины дорожки менее этой предельной величины скорость травления падает из-38 диффузионных затруднений. Варьируя соотношение ширины промежутков в маскирующем покрытии с двух сторон пластин при разделительном травлении, можно получить заданное положение области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов.

При разделении на кристаллы пластин с глубокозалегающими р-и переходами способ позволяет создать оптимальную форму боковой поверхности засчет контролируемого смещения области смыкания фронтов травления От плоскости р-л перехода. 8 ил, ° вааЪ межутка для разделения — 0max при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянка, устанавливают Ж также зависимость скорости травления от . О ширины промежутка для его ширины мень- с, шей (fmax исходя из глубины залегания и-р перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости р-и перехода. определяют необходимую ширину промежутка, меньшего

dmax. После чего на разных сторонах пластины изготавливают соответствующие проме1817867

4пах

0м

/1/ б} движение и перемещение раствора травителя происходит под действием образующихся газообразных продуктов реакции в результате их всплывания под действием сил Архимеда.

Скорость всппывания газообразных пузырей в растворе травителя может быть оценена по известной формуле:

9 г P-P>

/2/ где Оср — средний диаметр пузыря, р- удельный sec травителя, Ро- удельный вес газообразного продукта, g- вязкость травителя.

Ширина пограничного неподвижного слоя, обусловленного вязким трением, может быть оценена по известной формуле:

< =+ Re

/3/ жутки, причем в направлении смещения острого участка от р-и перехода изготавливают промежутки с меньшей шириной. Затем проводят 2-стороннее встречное травление пластины.

Сущность предложения основана на полезном использовании зависимости скорости травления промежутка от его ширины, что позволяет целенаправленно смещать ,область смыкания встречных фронтов травления относительно положения р-и перехода на заданную величину, используя расчетные и экспериментальные зависимости скорости травления от ширины промежутков, Укаэанная зависимость скорости травления промежутков от их ширины обусловлена влиянием гидродинамических условий на удаление продуктов реакции от реакционной зоны. При этом травление характеризуется предельной шириной промежутка—

dmax,,ïðè превышейии которой скорость травления в промежутке перестает зависить от ширины, т.е. является постоянной. . Величина dmax может быть рассчитана при следующих физических предпосылках; а) движение и перемешивание раствора в щелй промежутка прекращаются, когда ширина непьдвижнОго пограничного слоя— о раствора tpaBMTens становится соизмеримой с половиной ширины промежутка, т;е.; где d — ширина промежутка:

Re — число Рейнольдса, рассчитываемое по формуле;

/4/

Ве

1/ где решая совместно (1), (2) и (3) относительно ширины промежутка, получим выражение для dmax .

dmax = ()

72 г

9 PDcp

15 где принято р> po .

Поскольку средний угол наклона фаски боковой поверхности полупроводниковой структуры диода определяется разностью . ширины промежутков, выполненными про20 тивопежащими на сторонах пластины, при обычных углах фасок 5 — 30 большая ширина промежутков, как правило, превышает бвах.

Сущность предложения пояснена на фиг.1 — 7.

На фиг.1 показан профиль травления кремния через щель промежутка шириной, d, где 1 — вытравленная область, 2 — тело кремния, 3 — маскирующий слой золота, h— ширина нависания золота или глубина травления кремния вбок от края промежутка, Х1— глубина травления кремния.

На фиг,2 показан профиль травления промежутков тест-структуры разной шири35 ны, где 1 — 01 = 300 мкм, 2 — бг = 200 мкм, 3-бз = 100 мкм, 4 — dn = 40 мкм, 5 — dg - 20 мкм, пунктиром обозначена граница неподвижного пограничного слоя раствора .

На фиг,3 показаны профили полупроводниковых структур диода после 2-стороннего травления пластин при различных соотношениях ширины промежутков на разных сторонах пластины, где пунктиром обозначена плоскость р-и перехода, на

45 фиг.3а — ширина промежутков сверху.и снизу пластины одинаковая, на фиг,36 — ширина промежутков сверху и снизу пластины различная.

На фиг.4 показана зависимость глубины травления кремния от ширины промежутков б при разной длительности процесса травления в травитепе НИОз;

:HF: НзСООН - 6; 1: 3, где 1 — ц = 10 мин, 2 — tz = 25 мин, 3 — tg = 40 мин, На фиг.5 показана зависимость глубины травления кремния Х от длительности травления t, где кривая 1 соответствует d> = 20 мкм. 2 — бг. = 100 мкм, 3 — сиз = 300 мкм.

1817867

На фиг.7 показана зависимость dm x от угла наклона аоси вращения кассеты с пластиной в процессе травления.

На фиг,8 показана топология рисунка промежутков и кристаллов а -для 6-гранного кристалла, б — для 4-угольного кристалла.

На фиг.б показана гистограмма значений диаметров пузырей газообразных продуктов реакции травления кремния в момент отрыва (при температуре процесса

22 С).

Изобретение было опробовано на участках изготовления кристаллов для диодов типа КД209, 2Д106, имеющих разную форму (л размеры.

Кристалл диода КД209 имеет 6-гранную форму, описывающая окру>кность имеетдиаметр 2 мм, кристалл диода 2Д106 имеет квадратную форму 2,3 х 2,3 мм . Толщина

2 кремниевых пластин для этих диодов допускается в пределах от 200 до 240 мкм. Глубину р-п перехода, как правило, на этих кристаллах располагают на расстоянии 90—

120 мкм от поверхности р стороны пластины, Такое располо>кение р-п перехода диктуется получением оптимального градиента примеси при получении диодов средней и бол= .. 3A мощности, После соэд ния р-и перехода путем диффузии алюмин.,:я, бора и фосфора на соответствуюшие стороны пластины на ее поверхность осаждают никель, Химическое осаждение никеля с отжигом 1-.ro слоя при температуре 600-700 С в среде водорода повторяют 2-3 раза для получения качественного омического контакта, На никелированные пластины, наносят рисунок иэ слоя фоторезиста с помощью фотолитографического процесса. Слой фотореэиста наносят в местных промежутков между полупроводниковыми структурами диодов. На свобод ные от фотореэиста области наносят электрохимическим способом слой золота, толщиной 1 — 1,5 мкм, который выполняет функции омического контакта и одновременно является маскирующим покрытием при травлении проме>кутков для разделения пластины на кристаллы. Перед травлением промежутков в смеси кислот НМОз: HF, НзСООН = 6: 1: 3 фотореэист удаляют. . Травление промежутков ведут до разделения пластины на кристаллы — 20 — 55 мин.

В процессе травления пластины диаметром 42 3 мм расположены в специальных фторопластовых кассетах, обеспечивающих зазор пластины со стенками в 1,5 — 2 мм. По зазору происходит перемещение раствора и газообразного продукта травления. Кассеты с пластинами располагают в стакане, который вращают соосно с кассетами и пластинами с частотои

50 — 75 об/мин. При этом ось вращения стакана может иметь наклон — 70 — 80О, что составляет наклону плоскости пластин или

5 кассет — 20 — 10 .

Наклонное вращение стакана и кассет с пластинами осуществляется с целью выравнивания процесса травления по площади пластины и для контроля момента отрыва

10 газообразных пузырей от поверхности пластины;

Вращение кассет и пластин в наклонном положении изменяет траекторию движения и всплывания газовых пузырей по l5 зазорам между пластинами и стенками кассет, что можно учесть при расчетах dmax в виде;

72 > z 1

dmax = — ()

9 р Оср sin а где Q — угол наклона кассеты или пластины.

Экспериментальная проверка этой зависимости проводилась на основе измене25 ния угла наклона а и измерений диаметра газовых пузырей. Угол наклона устанавливали равным t7, 30, 45 .. При а= 90 вращение пластин в стакане велось с применением специального -привода

30 (см.фиг,7), Размеры пузырей измерялись при помощи микроскопа типа МБС-10 установленного над образцом в растворе. На фиг,6 построена гистограмма значений диамет35 ров газовых пузырей, измеренных в момент . отрыва их от поверхности пластины. Из гистограммы следует, что средний размер пузыря составляет 0ср = 0,35 < 0,05 мм.

Подставляя полученное значение 0<р

40 = 0,35 мм, а также значение вязкости у ==1,0 10, Нс/м2, p = 10 кг/мэ, при а =17

sin 17 = 0,29 в последнюю формулу, имеем:

72 . 10

dmox 9 8

-0,206

0,29 х 0,352

Экспериментальное значение dm>x on50 ределялось по зависимости скорости травпения от шиоины г1ромежутков d. Разная ширина промежутков изготавливалась с помощью специальной структуры (фиг,2), рисунок которой содержал щели-промежутки

55 разнойл ширины — от 20 до 300 мкм. Маскирующие участки этой структуры выполнялись из слоя золота, выполненного по технологии изготовления диодов. Травление щелей структуры проводились разное время. Затем при помощи шлифов профи1817867 лей травленных щелей определяли глубину травления и ри каждой длител ьи ости травления и по измеренным данным строились графические зависимости глубины травления от ширины щели и длительности травле- 5 ния, см. фиг.4, фиг.5.

По моменту насыщения зависимости глубины травления Х от ширины d можно определить dmax см. фиг.4. Так для кривых

1 2 3 на фиг.4 насыщение значений начина- 10 ется .при d > 200 мкм, что соответствует расчетному значению dmax = 206 мкм.

Завйсимости на фиг.4 и 5 могут быть использованы для уточнения выбора ширины промежутков меньших dmax для задание- 15 го значения смещения острого участка на боковой поверхности кристалла, см. фиг,3а,б, относительно плоскости р-и перехода. Пусть имеем пластину толщиной 220 мкм, и р-и переход иа ней выполнен по се- 20 редине толщины на глубине 110 мкм, Необ- . ходимо сместить острый- выступ от р-.п перехода на 20 мкм ниже. Для этого сначала определяем глубину травления кремния через широкий промежуток, больший dmax. 25

Эта глубина составляет 110 мкм + 20 мкм =

=130 мкм, т.е. 130 мкм составляет глубину области смыкания фронтов травления, измеренного со стороны широкого промежутка. 30

Следовательно, глубина травления пла -.,тины со стороны узкого промежутка составит 220 мкм — 130 мкм = 90 мкм, т,е. 90 мкм составляет глубину области смыкания фронтов травления, измеренного со стороны уз- 35 кого промежутка. Теперь по зависимости на фиг.5 определяем длительность травления промежутка шириной более dmax на глубину

130 мкм — по кривой 3 фиг.5 имеем t = 25 мин.. 40

Затем по кривой зависимости на фиг.4 для кривой, соответствующей t =- 25 мин, определяем ширину промежутка через ко- . торую за 25 мин промежуток травится на глубину 90 мкм: получаем — 100 мкм. 45

Таким образом, шйрина узкого промежутка должна быть выполнена равной 108 мкм, При вышеуказанных промежутках области смыкания фронтов травления сместятся 50 от р-и перехода, находящегося по середине толщины пластины, на 20 мкм.

Именно указанное изменение ширины промежутков было выполнено при изготовлении фотошаблонов для изготовления диодов типа КД209, 2D106, см.фиг.8а,6.

В результате опробования предложения на участках изготовления полупроводниковых структур к диодам КД209, 2Д106 увеличился выход годных кристаллов по внешнему виду и электропараметрам на 37 /

Применение узких промежутков между кристаллами позволило одновременно увеличить раскрой кристаллов КД209 иа 20% и кристаллов 2Д106 на 10 — 12%.

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводниковых диодов, включающий формирование в исходной пластине глубокозалегающего р-п-перехода вблизи середины толщины, маскирование обеих поверхностей пластины, создание в маскирующем покрытии с обеих сторон противолежащего рисун- ка вскрытых промежутков для разделения пластин на кристаллы и двустороннее химическое жидкостное травление пластин до разделения иа кристаллы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения выхода годных диодов за счет контролируемого смещения области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов отплоскости р-п-перехода, предварительно определяют .ширину промежутка рисунка для разделения dmax, при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянна, устанавливают зависимость скороститравлеиия от ширины промежутка при его величине менее dmax, исходя из глубины залегания р-и-перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости р-и-перехода рассчитывают необходимое соотношение ширины промежутков с обеих сторон, после чего иа одной стороне пластины изготавли-вают промежутки рисунка в маскирующем покрытии шириной не менее dmax, а на противоположной стороне пластины в направлении смещения, области смыкания фронтов травления, промежутки рисунка изготавливают с шириной менее dmax, соответствующей рассчитанному соотношению, и проводят двустороннее травление, 1817867

1817867

1817867

1817867

Составитель P.Öepôàñ

Техред М.Моргентал

Корректор А. Коэориз

Рсдактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгороi ул.I:и;ц и;, 10 I

Заказ 1742 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5