Способ изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя

 

Использование: микроэлектронике, изготовление полупроводниковых приборов с высоким напряжением пробоя. Цель изобретения - экономия полупроводниковых материалов и повышение процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов с высоким напряжением пробоя путем уменьшения ширины и степени легирования периферийной области базы полупроводникового прибора без уменьшения ее радиуса кривизны и степени легирования центральной области базы. Сущность изобретения: способ изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя заключается в последовательном формировании на поверхности полупроводниковой подложки аморфного или поликристаллического слоя толщиной Н, в котором коэффициент диффузии примеси, создающей базовую область полупроводникового прибора и формирующей его переход "коллектор-база", намного превышает ее коэффициент диффузии в полупроводниковой подложке изолирующего слоя, вскрытии в указанном изолирующем слое окна под диффузию примесей, легирующих базовую область полупроводникового прибора, по крайней мере одной из которых является указанная примесь, избирательной загонке и диффузии указанных примесей в полупроводниковую подложку через указанный аморфный или поликристаллический слой с формированием базовой области глубиной Y± ΔY. Перед нанесением указанного изолирующего слоя в указанном аморфном или поликристаллическом слое вытравливают по крайней мере одну кольцевую область шириной l, в которой толщина аморфного или поликристаллического слоя h находится в пределах 0≦h<<H. Oкнo под диффузию примесей, легирующих базовую область, вскрывают в изолирующем слое внутри указанной кольцевой области на равном расстоянии от ее внутренней границы, причем выполняется соотношение 0≅L≅j(Y-ΔY). 2 з.п.ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковому производству, а именно к способу изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя. Целью предложенного способа является уменьшение ширины периферийной области базы полупроводникового прибора при сохранении величины его напряжения пробоя и диффузионных параметров центральной области базы. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя, включающем последовательное формирование на поверхности полупроводниковой подложки аморфного или поликристаллического слоя толщиной Н, в которой коэффициент диффузии примеси, создающей базовую область полупроводникового прибора и формирующей его переход "коллектор-база", превышает ее коэффициент диффузии в полупроводниковой подложке, формирование изолирующего слоя, вскрытие в изолирующем слое окна под диффузию примеси, создающей базовую область, диффузию указанной примеси в полупроводниковую подложку через окна в изолирующем слое с формированием базовой области, состоящей из центральной области глубиной Y± ΔY и периферийной области шириной X± ΔX с переменной глубиной и степенью легирования, причем X= j Y и ΔX = j·ΔY, где j> 1, перед формированием изолирующего слоя в аморфном или поликристаллическом слое вытравливают по крайней мере одну кольцевую область шириной 1, в которой толщина h аморфного или поликристаллического слоя находится в пределах 0≅h<H а окно под диффузию примеси, создающей базовую область, вскрывают внутри кольцевой области на равном расстоянии L от ее внутренней границы, где L выбирают из соотношения 0≅L≅j(Y-ΔY). При L_→0 и h_→0Ψ благодаря наличию указанной кольцевой области ширине l формирование периферийной области базы (с повышенным коэффициентом кривизны и пониженной концентрацией легирующей примеси) начинается лишь после того, как легирующая примесь проникнет в полупроводник по крайней мере на глубину Y>1. Таким образом, отсутствует непосредственная связь между конструктивными параметрами центральной базовой области (Y и концентрация легирующей примеси) и параметрами ее периферийной области j и концентрация легирующей примеси), вследствие чего устраняется увеличение ширины и степени легирования периферийной области базы сверх оптимума при необходимости увеличения глубины базы полупроводникового прибора, причем устраняется по крайней мере без уменьшения коэффициента кривизны периферийной базовой области. Здесь необходимы следующие пояснения. Так как легирующая примесь, формирующая периферийную область базы с повышенным коэффициентом кривизны, попадает при h_→0 в указанный аморфный или поликристаллический слой не при ее непосредственной загонке из внешнего источника, а в основном при ее редиффузии на этапе высокотемпературной разгонки, причем источником диффузанта является не сильнолегированный внешний источник, а "полоска" базовой области за указанной кольцевой областью в аморфном или поликристаллическом слое, то концентрация примеси в периферийной базовой области существенно понижается по сравнению с известным способом. Известно, что коэффициент кривизны j формирующейся базовой области является в основном функцией толщины указанного аморфного или поликристаллического слоя чем больше толщина указанного слоя, тем больше j. Задавая соответствующие толщины Н и h указанного аморфного или поликристаллического слоя, получают слаболегированную периферийную базовую область с большим радиусом кривизны и оптимальной шириной. Следовательно при выборе определенных соотношений между шириной указанной кольцевой области, вытравливаемой в указанном аморфном или поликристаллическом слое, толщиной h указанного аморфного или поликристаллического слоя в указанной кольцевой области, и глубиной диффузии примеси в полупроводниковую подложку во время ее загонки из внешнего источника и последующей разгонки появляется возможность получения оптимальных параметров периферийной области базы без существенного изменения конструктивных параметров базовой области с соответствующей экономией полупроводникового материала и повышением процента выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов. Кроме того, в случае необходимости изготовления двухслойной базы, состоящей из относительно слаболегированной области глубиной Y с большим радиусом кривизны и относительно сильнолегированной области глубиной Y_o с малым радиусом кривизны, причем слаболегированная область окружала бы сильнолегированную, становится возможным использование для этой цели одного и того же легирующего элемента. При этом желательно выполнение соотношений h_→0 и Y_o<l<Y, так как в этом случае предотвращается "вредное" легирование периферийной области базы при подлегировании ее центральной области. При L= j (Y-ΔY) формирование периферийной базовой области полупроводникового прибора с повышенным радиусом кривизны происходит "обычным" способом. Но как только глубина диффузии превышает минимально необходимую для обеспечения требуемого пробивного напряжения (т.е. Y-ΔY), как легирующая примесь, диффундирующая по аморфному или поликристаллическому слою толщиной Н, достигает указанной кольцевой области, где толщина указанного слоя h<H, и скорость диффузии в "боковом" направлении резко падает. При h_→0 изменению глубины диффузии ΔY будет соответствовать теперь боковой "уход" границы р-п-перехода ΔX=2·ΔY, а не X=2 j ΔY т.к. в указанной кольцевой области j_→1, что позволяет значительно повысить радиус кривизны получаемой базы с соответственным уменьшением степени ее легирования, не опасаясь чрезмерного увеличения ее периферийной области. Следовательно, задавая при h_→0 ширину указанной кольцевой области 1> 2ΔYΨ, можно до минимума свести избыточную ширину периферийной области базы с соответствующей экономией полупроводникового материала и повышением процента выхода годных в процессе производства полупроводникового прибора. Кроме того, добиваясь определенного соотношения между толщиной h указанного аморфного или поликристаллического слоя в указанной кольцевой области и ее шириной l, становится возможным повышение удельного сопротивления приповерхностного высокоомного слоя коллектора, прилегающего к границе р-n- перехода "коллектор-база", из-за его подлегирования при диффузии легирующей примеси за указанную кольцевую область по указанному аморфному или поликристаллическому слою, расположенному над высокоомным коллектором. В результате можно добиться еще большего запаса по напряжению пробоя изготавливаемого полупроводникового прибора. Очевидно, что комбинируя шириной l указанных кольцевых областей в аморфном или поликристаллическом слое, толщиной h указанного аморфного или поликристаллического слоя в указанных кольцевых областях, количеством указанных кольцевых областей и расстоянием L от внутренней границы указанных кольцевых областей до окна в изолирующем покрытии (в зависимости от глубины загонки легирующей примеси в полупроводниковую подложку и требующихся конструктивных параметров центральной области базы) можно получать практически любое распределение легирующей примеси в периферийной области базы, причем практически с любым, даже переменным радиусом кривизны указанной периферийной области, выбирая ее параметры наиболее оптимальными для получения требуемого напряжения пробоя с наиболее эффективным расходом полупроводникового материала и максимальным процентом выхода годных при изготовлении полупроводниковых приборов. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя отличается тем, что перед формированием на поверхности полупроводниковой подложки. покрытой слоем аморфного или поликристаллического материала толщиной Н, изолирующего слоя, в указанном аморфном или поликристаллическом слое вытравливают по крайней мере одну кольцевую область шириной l, в которой толщина h аморфного или поликристаллического слоя находится в пределах О≅ h< Н, а окно под диффузию примеси, создающей базовую область, вскрывают внутри кольцевой области на равном расстоянии L от ее внутренней границы, где L выбирают из соотношения 0≅L≅j(Y-ΔY)Ψ. Изобретение поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 представлено сечение базовой области полупроводникового прибора, изготовленного согласно известному изобретению, где L=j Y ширина периферийной области базы при изготовлении полупроводникового прибора известным способом. На фиг. 2 представлено сечение базовой области полупроводникового прибора. изготовленного согласно предлагаемому изобретению при L= j·(Y-ΔY) и h_→0Ψ, где показано изменение профиля базовой области при изменении глубины базы (кривые 7, 8, 9), а также соответствующее изменение профиля базовой области согласно известному изобретению (кривые 7, 10, 11). На фиг. 3 представлено сечение базовой области полупроводникового прибора. изготовленного согласно предлагаемому изобретению при L_→0 и h _→0, где Δ- уменьшение ширины периферийной базовой области благодаря использованию предлагаемого изобретения без уменьшения ее радиуса кривизны по сравнению с известным изобретением. Предлагаемый способ изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя реализован следующим образом (фиг. 2). На поверхности кремниевой подложки 1 n-типа формируется пленка 2 оксида кремния толщиной 0,9 мкм. Проводится процесс фотолитографии, в результате которого в пленке оксида кремния вскрывается кольцевая область 5 шириной l=10 мкм, в которой h= 0. На пленку оксида кремния и вскрытые в ней кольцевые области осаждается пленка нитрида кремния 3 толщиной 0,12 мкм. В пленке нитрида кремния методом фотолитографии вскрывается окно 4 под диффузию легирующей примеси (в качестве легирующей примеси используется галлий, имеющий коэффициенты диффузии и причем указанное окно 5 располагается внутри и равноудалено от внутренней границы указанной кольцевой области 4 на расстоянии L= 380 мкм. Далее в течение 15 часов при Т=1220^oС проводится трехстадийный (загонка-разгонка-подлегирование) процесс диффузии галлия из треокиси галлия методом открытой трубы с получением базовой области с глубиной Y=30 ± 3 мкм с повышенным радиусом кривизны и коэффициентом кривизны j= 14 (кривые 7, 8, 9) (для указанной толщины оксида кремния j=14. где коэффициент кривизны получаемого р-n-перехода "коллектор-база"). Так как ширина периферийной области базы ограничена величиной L=380 мкм. то при глубине базы Y-ΔYΨ)= 27 мкм периферийная область базы выходит на кольцевую область 4 (кривая 7). При дальнейшем увеличении глубины базы скорость диффузии в "боковом" направлении резко падает, так как слой оксида кремния прерывается и изменению глубины базы ±3 мкм соответствует на поверхности полупроводниковой подложки область шириной , т.е. 6 мкм (кривые 8 и 9). После окончания процесса диффузии производится снятие пленок оксида и нитрида кремния и стандартными методами в указанной базовой области формируется эмиттерная область n-типа глубиной 9 мкм, а на некотором расстоянии вокруг указанной базовой области формируется противоканальное кольцо n-типа глубиной 9 мкм. Далее производят окисление поверхности полупроводниковой подложки, вскрываются контактные окна и формируется алюминиевая металлизация эмиттерной и базовой областей и золотая металлизация коллекторной области. Коллекторный переход защищается в месте своего выхода на поверхность полупроводниковой подложки слоем лирогенного окисла толщиной 1,1 мкм. Полученный прибор имеет пробивное напряжение перехода "коллектор-база" свыше 1900 В Необходимо отметить, что изготовление полупроводникового прибора с такими же диффузионными и электрическими параметрами, но по известному способу, приведет к избыточному увеличению ширины периферийной области базы (кривые 7, 10, 11) на величину 33-386=462-386=80 мкм на сторону, т.е. размер кристалла увеличивается на 160 мкм. Понятно, что , где ΔL₂ изменение ширины периферийной области базы полупроводникового прибора при изменении глубины центральной области базы для известного способа. Использование предлагаемого способа изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: 1 Оптимизация ширины и степени легирования периферийной области базы позволяет существенно уменьшить расход полупроводникового материала, идущего на изготовление полупроводникового прибора и повысить процент выхода годных при его изготовлении. 2. Уменьшение ширины периферийной области базы при увеличении или, по крайней мере, без изменения ее радиуса кривизны позволяет повысить процент выхода годных в процессе производства полупроводниковых приборов за счет уменьшения "чувствительности" к дефектам поверхности полупроводниковой подложки, а также уменьшить расход полупроводникового материала, идущего на изготовление полупроводниковых приборов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя, включающий последовательное формирование на поверхности полупроводниковой подложки аморфного или поликристаллического слоя толщиной Н, в котором коэффициент диффузии примеси, создающей базовую область полупроводникового прибора и формирующей его p n-переход коллектор база, превышает ее коэффициент диффузии в полупроводниковой подложке, формирование изолирующего слоя, вскрытие в изолирующем слое окна под диффузию примеси, создающей базовую область, диффузию указанной примеси в полупроводниковую подложку через окно в изолирующем слое с формированием базовой области, состоящей из центральной области глубиной Y± ΔY и периферийной области шириной X± ΔX, с переменной глубиной и степенью легирования, причем X=j·Y и ΔX=j·ΔY, где j>1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины периферийной области базы полупроводникового прибора при сохранении величины напряжений пробоя и диффузионных параметров в центральной области базы, перед формированием изолирующего слоя в аморфном или поликристаллическом слое вытравливают по крайней мере одну кольцевую область шириной l, в которой толщина h аморфного или поликристаллического слоя находится в пределах 0≅h<H, а окно под диффузию примеси, создающей базовую область, вскрывают внутри кольцевой области на равном расстоянии L от ее внутренней границы, где L выбирают из соотношения 0≅ L≅ j(Y-ΔY). 2. Способ no п. 1, отличающийся тем, что кольцевую область шириной l в указанном аморфном или поликристаллическом слое толщиной Н вытравливают до вскрытия полупроводниковой подложки, а аморфный или поликристаллический слой толщиной h в указанной кольцевой области получают в отдельном процессе. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что после диффузии базовой примеси на глубину Y проводят дополнительную диффузию базовой примеси на глубину Y_o, а кольцевую область вытравливают, выполняя соотношения L _→ 0, h _→ 0, Yo<l<Y..

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3