Способ изготовления мощных высоковольтных диодов шоттки

 

Изобретение относится к технологии изготовления приборов с барьером Шоттки. Сущность изобретения: способ заключается в том, что при травлении кремния над углублением не создается козырек слоя окисла. При этом наносится только один барьерный слой металла по всей поверхности углубления, а травление кремния проводят плазмохимическим способом. При травлении выбираются следующие соотношения скоростей травления окисла Vтр.SiO₂ и кремния Vтр.Si: , где К - коэффициент изотропности при травлении углубления в кремнии, α - угол наклона диэлектрика к кремнию, образованного при травлении окна. 3 ил.

Известен способ изготовления мощных диодов Шоттки, включающий нанесение диэлектрика на кремниевую пластину, вытравливание окна в слое диэлектрика, нанесение барьерного слоя металла, проведение фотолитографии по металлу, создание омического контакта к обратной стороне пластины [1] Однако данный способ не позволяет получить диоды Шоттки с пробивными напряжениями выше 25 Вольт, при этом данные приборы имеют большие обратные токи (десятки миллиампер).

Недостатки, связанные с низкими пробивными напряжениями и высокими обратными токами, устраняет способ, выбранный за прототип [2] включающий нанесение диэлектрика на кремниевую пластину, вытравливание окна в слое диэлектрика, вытравливание углубления в кремнии, нанесение трех слоев металла, слоя барьерного металла, защитного слоя по всей поверхности углубления в кремнии, слоя металла разводки, проведения фотолитографии по металлу, создание омического контакта к обратной стороне пластины.

Диоды Шоттки, изготовленные данным способом, имеют пробивные напряжения, близкие к теоретическим, и низкие обратные токи. Однако данный способ имеет высокую трудоемкость, связанную с нанесением трех слоев металла.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости за счет создания углубления в кремнии без козырька из слоя окисла.

Сущность способа заключается в том, что в способе изготовления мощных высоковольтных диодов Шоттки, включающем нанесение диэлектрика на кремниевую пластину, вытравливание окна в слое диэлектрика, вытравливание углубления в кремнии, нанесение слоя барьерного металла по всей поверхности углубления в кремнии, проведение фотолитографии по металлу, создание омического контакта, при травлении кремния над углублением не создается козырек слоя окисла, при этом наносится только один барьерный слой металла по всей поверхности углубления, травление кремния проводят плазмохимическим способом и выбираются следующие соотношения скоростей травления окисла Vтр.диэл. и кремния Vтр.Si: где К≅5/1 коэффициент изотропности при травлении углубления в кремнии; α≅ 30° угол наклона диэлектрика к кремнию, образованного при травлении окна.

При выборе режимов травления кремния, при котором выполняется неравенство , образуется козырек окисла над углублением. Это приводит к снижению пробивных напряжений диода Шоттки за счет увеличения напряженности электрического поля в краевых местах соприкосновения металла и кремния.

При получении угла наклона диэлектрика к кремнию больше 30^o затруднен выбор режимов плазмохимического травления, при котором возможно получение углубления без козырька из окисла.

Выбор коэффициента изотропности больше чем 5/1 приводит к сложности запыления ступеньки металлом вакуумным методом распыления, что может приводить к снижению пробивных напряжений диода Шоттки. Использование электрохимического метода нанесения металла на углубление в кремнии является с одной стороны более трудоемким методом, а с другой является менее чистым процессом, является источником неконтролируемых примесей, что тоже ведет к снижению пробивных напряжений при изготовлении мощных высоковольтных диодов Шоттки.

На фиг.1-3 изображен маршрут изготовления мощного высоковольтного диода Шоттки.

Обозначение позиций.

Исходная высоколегированная подложка п₊-типа проводимости 1 Высокоомный эпитаксиальный слой п-типа проводимости 2 Тонкий слой окисла с углом α травления 3 Толстый слой окисла 4 Углубление в п-слое кремния 5 Барьерный слой металла 6
Пример конкретного выполнения.

Данный способ формирования барьера Шоттки использовался при изготовлении мощного высоковольтного диода Шоттки.

На исходной кремниевой подложке п-типа проводимости 1 (смотри фигуру 1), легированной до концентрации 5 ·¹⁸ см^-3 и ориентированной в плоскости (III) проводится наращивание эпитаксиального кремния n-типа проводимости 2 толщиной 75 мкм и с удельным сопротивлением 60 Ом.см. За последующей операцией окисления толстого окисла 4 (смотри фиг.1) толщиной 3,5 мкм, проводят операцию фотолитографии. Затем формируют тонкий окисел 3 толщиной 1,5 мкм. Толщина тонкого и толстого окисла выбирается из условий: величины стравливания окисла при травлении углубления в кремнии и пробивного напряжения диода Шоттки. При этом остаточная толщина толстого окисла 4, т.е. толщина окисла после травления углубления кремния, должна быть такой, чтобы не произошла инверсия поверхности. Остаточная толщина тонкого окисла 3, должна оставаться такой, чтобы наступила инверсия поверхности высокоомного кремния n-типа проводимости. Далее проводится фотолитография по тонкому окислу, для создания окна. Сушка и задубливание фоторезиста ФП-383 проводится на установке инфракрасной конвейерной термообработки ШЦМ 3.021.037, соответственного при температуре трех зон 92^o и 95^oС. Травление окисла проводится в буферном травителе: 500 мл HF и 40% раствор NH₄F 4500 мл, при этом осуществляется перетрав по времени на 5-10% При этом полученный угол наклона окисла к кремнию a составляет (9-15).

Травление углубления в кремнии на глубину 5 мкм (смотри фигуру 2) осуществляется на установке 08ПХО-100Т-005 в SF₆,
Давление в камере составляет (1-10) Па, при этом коэффициент изотропности составляет (5/1-5/1,5). Скорость травления кремния Vтр.Si 0,3 мкм/мин, скорость травления окисла Vтр.SiO₂ 0,05 мкм/мин. Перед операцией напыления барьерного слоя металла алюминия толщиной 5-6 мкм на установке магнетронного типа проводимости плазмохимическая обработка на установке 08 ПХО-100Т-004 в среде хладона 14 в течение 2-4 мин, при этом происходит травление кремния на глубину 0,1-0,3 мкм.

При изготовлении диодов Шоттки, приводимых по данному маршруту, получены приборы с обратными пробивными напряжениями до 700 В и обратными токами до 10 мкА, при максимальном прямом токе до 60 А.

Формула изобретения

Способ изготовления мощных высоковольтных диодов Шоттки, включающий нанесение диэлектрика на кремниевую пластину, вытравливание окна а слое диэлектрика, вытравливание углубления в кремнии, нанесение слоя барьерного металла по всей поверхности углубления, проведение фотолитографии по металлу, создание омического контакта к обратной стороне пластины, отличающийся тем, что вытравливание углубления в кремнии проводят плазмохимическим способом при следующем соотношении скоростей травления диэлектрической маски U_{тр.диэл} и кремния U _тp.Si:

где К коэффициент изотропности при травлении углубления в кремнии;
α угол наклона диэлектрика к кремнию, образованный при травлении окна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3