Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов

Авторы патента:

H01L21/329 - приборов, имеющих один или два электрода, например диодов

Владельцы патента RU 2411607:

Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") (RU)

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении шунтирующих диодов для солнечных батарей космических аппаратов. Сущность изобретения: в способе изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов, включающем создание на рабочей стороне в эпитаксиальном слое кремниевой монокристаллической подложки диэлектрической изоляции, формирование р-n-перехода загонкой с последующей разгонкой, формирование металлизации рабочей стороны подложки, утонение подложки с обратной нерабочей стороны, металлизацию нерабочей стороны и присоединение электропроводящих шин, утонение подложки с обратной нерабочей стороны проводят после формирования на рабочей стороне подложки облученного УФ-лучом фоточувствительного слоя последовательно абразивной обработкой и плазмохимическим травлением нерабочей стороны, после чего фоточувствительный слой удаляют в проявителе, при этом плазмохимическое травление проводят на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, а толщину фоточувствительного слоя выбирают из определенного соотношения, в зависимости от толщины металлизации на рабочей стороне. Техническим результатом изобретения является повышение воспроизводимости процесса изготовления и технологичность изделия. 1 ил.

Для обеспечения надежной работы солнечных батарей космических аппаратов применяется диодная защита, которая обеспечивается блокирующими и шунтирующими (байпасными) диодами. Солнечная батарея состоит из отдельных генераторов, включающих цепочки фотопреобазователей, внутри генераторов встречно-параллельно с фотопреобразователями устанавливают шунтирующие диоды.

В последние годы на смену кремниевым пришли более эффективные фотопреобазователи, включающие несколько каскадов гетеропереходов, на основе соединений А₃В₅, которые выращены на германиевой подложке (см. P.R.Sharps, M.A.Stan, D.J.Aiken, B.Clevenger, J.S.Hills and N.S.Fatemi. HIGH EFFICIENCY, MULTI-JUNCTION CELLS WITH MONOLITHIC BYPASS DIODES. NASA/CP. 2005-213431, p.108-115).

Каждый такой фотопреобразователь защищается диодом, расположенным с преобразователем в одной плоскости, причем диод имеет такую же толщину, как и фотопреобазователь. Обычно в фотопреобазователе выполнены по углам срезы, в которых размещается диод треугольной формы (см. патенты на изобретения US 6353176, US 6034322, Cell Type: S By-Pass Diode. Azur Space Corp.Solar Power GMBH, заявку на изобретение US 2008/0000523).

Из уровня техники известен способ изготовления как дискретных приборов, так и интегральных схем, формируемых в полупроводниковой подложке, которая затем утоняется с помощью химического травления.

Равномерность травления обеспечивается за счет формирования с обратной стороны пластины геттерирующего слоя и последующего геттерирующего отжига, которые позволяют уменьшить и упорядочить концентрацию микродефектов в объеме пластины. Геттерируюгций отжиг проводят перед утонением пластины и перед формированием активных областей, совмещая его с формированием активных областей при температуре 1100-1200°С в инертной или слабоокислительной среде в течение 1-4 ч. Подготовка к сборочным операциям включает в себя создание планарной поверхности с обратной стороны: после утонения обратной стороны пластины перед ее транспортировкой углубленные области заполняют легкоудаляемым полимерным материалом, например фоторезистом (см. патент РФ на изобретение 2109371).

К недостаткам известного способа изготовления относится низкая технологичность и воспроизводимость процесса изготовления из-за сложности защиты сформированной структуры на лицевой стороне подложки при ее утонении жидкостным химическим травлением в агрессивной среде.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту техническим решением является способ изготовления шунтирующих диодов для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А₃В₅, включающий формирование структуры планарного диода, проведение всех термических операций, металлизацию лицевой стороны, операции фотолитографии, утонение обратной стороны жидкостным травлением, металлизацию обратной стороны и присоединение электропроводящих шин (см. Шунтирующие диоды для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А₃В₅. А.А.Басовский, Л.В.Анурова и др. Труды Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий». Под ред. Ю.М.Урличича, А.А.Романова.- М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009 - 376, 357-363 стр.).

К недостаткам известного технического решения относится низкая воспроизводимость и технологичность из-за сложности защиты сформированной структуры на лицевой стороне подложки при ее утонении жидкостным травлением в агрессивной среде.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов, позволяющего повысить воспроизводимость процесса изготовления и технологичность изделия.

Отличительными признаками предложенного способа изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов являются следующие: утонение полученной структуры проводят после формирования на поверхности структуры планарного диода предварительно облученного УФ-лучом фоточувствительного слоя последовательно абразивной обработкой нерабочей стороны подложки, плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, после чего фоточувствительный слой удаляют в проявителе, причем толщину фоточувствительного слоя выбирают из соотношения:

h_фч≥h_р,

где h_фч - толщина фоточувствительного слоя, h_p - толщина металлизации на рабочей стороне подложки.

Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором схематично (в виде поперечного сечения) представлена последовательность операций, иллюстрирующая предлагаемый способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов.

На чертеже обозначены: эпитаксиальный слой (1) на кремниевой монокристаллической подложке n⁺⁺(2), диэлектрическая изоляция (3), р⁺ слой (4), металлизация рабочей стороны (5), фоточувствительный слой (6), металлизация нерабочей стороны (7), электропроводящая шина рабочей стороны (8), электропроводящая шина нерабочей стороны (9), кристалл диода после резки (10).

Предложенный способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов состоит из следующей последовательности технологических операций: на рабочей стороне в эпитаксиальном слое (1) кремниевой монокристаллической подложки (2) (чертеж, а) создают слой диэлектрической изоляции (3), затем загонкой с последующей разгонкой формируют р-n-переход (1, 4), металлизацию (5) и фоточувствительной слой (6), который по всей поверхности облучают УФ-лучом (чертеж, в). Затем полученную структуру с нерабочей стороны подложки последовательно утоняют абразивной обработкой и плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, удаляют фоточувствительный слой (6) и формируют металлизацию обратной стороны подложки (7) (чертеж, г), проводят резку подложки на кристаллы диодов (10) и сваркой присоединяют электропроводящие шины (8, 9) к металлизированным рабочей и нерабочей сторонам (8) кристалла (чертеж, д).

Предложенный способ был использован при реализации групповой технологии шунтирующих диодов солнечных батарей космических аппаратов. В качестве исходной подложки использовали монокристаллическую легированнную мышьяком низкоомную кремниевую подложку с высокоомным эпитаксиальным слоем диаметром 76 мм и толщиной 400 мкм. Поверхность эпитаксиального слоя покрывали слоем диоксида кремния, в котором методом фотолитографии формировали отверстия - окна. После этого методами диффузии формировали р-n-переход и методами вакуумного напыления и фотолитографии окончательно формировали металлизацию рабочей стороны на основе слоев никеля и серебра. Полученную структуру покрывали полностью фоточувствительным слоем, причем толщину фоточувствительного слоя выбирают из соотношения:

h_фч≥h_р,

где h_фч - толщина фоточувствительного слоя, h_p - толщина металлизации на рабочей стороне подложки, в качестве которого использовали фоторезист толщиной не менее 2 мкм, сушили и облучали УФ-лучом. Затем подложку механически утоняли с нерабочей стороны абразивной обработкой до толщины 160 мкм и плазмохимическим травлением на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С. Указанные режимы выбирали исходя из соображений воспроизводимости технологического процесса (при формировании металлизации на нерабочей стороне и при резке на кристаллы на подложках образуются трещины, а при присоединении электропроводящих шин сваркой точка сварки вырывается вместе с кремнием, см. таблицу) и возможности удаления фоторезиста без его задубливания в процессе плазмохимического травления.

В таблице представлено количество выходных годных диодов в зависимости от величины удаленного плазмохимическим травлением слоя.

Величина удаленного плазмохимическим травлением слоя, мкм	Выход годных диодов, %
При металлизации нерабочей стороны	При сварке электропроводящих шин	Всего
2	70	60	30
3,5	90	80	70
7	95	90	85
10	100	95	95
12	98	96	96

После этого, облученный фоторезист удаляли в проявителе и проводили формирование металлизации на основе трехслойной структуры, включающей слои ванадия или титана, никеля и серебра на нерабочей стороне. Затем подложку разделяли на кристаллы одним из стандартных промышленных способов, после чего точечной сваркой к кристаллам присоединяли серебряные электропроводящие шины.

По предложенному способу изготавливали бескорпусные шунтирующие диоды треугольной формы (в плане) с обратным напряжением 100 В и прямым током 2 А для каскадных фотопреобразователей на основе соединений А₃В₅.

Предложенный способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов обеспечивает воспроизводимость технологического процесса и позволяет получать шунтирующие диоды, сформированные в едином технологическом цикле на одной подложке с идентичными характеристиками.

Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов, включающий создание на рабочей стороне в эпитаксиальном слое кремниевой монокристаллической подложки диэлектрической изоляции, формирование р-n перехода загонкой с последующей разгонкой, формирование металлизации рабочей стороны подложки, утонение подложки с обратной нерабочей стороны, металлизацию нерабочей стороны и присоединение электропроводящих шин, отличающийся тем, что утонение подложки с обратной нерабочей стороны проводят после формирования на рабочей стороне подложки облученного УФ-лучом фоточувствительного слоя последовательно абразивной обработкой и плазмохимическим травлением нерабочей стороны, после чего фоточувствительный слой удаляют в проявителе, при этом плазмохимическое травление проводят на глубину не менее 10 мкм при температуре не более 120°С, а толщину фоточувствительного слоя выбирают из соотношения
h_фч≥h_р, где
h_фч - толщина фоточувствительного слоя, h_p - толщина металлизации на рабочей стороне.

Изобретение относится к области электронной техники, а более конкретно - к технологии создания высоковольтных полупроводниковых диодов, и может быть использовано для создания интегрированных Шоттки-pn диодов на основе карбида кремния.

Способ изготовления кристаллов p-i-n диодов групповым методом (варианты) // 2393583

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении диффузионных p-i-n диодов с большим уровнем управляемой мощности групповым методом.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2280915

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. .

Способ изготовления свч меза-диодов // 2280914

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к способам изготовления полупроводниковых приборов, предназначенных для работы особенно в миллиметровом СВЧ диапазоне, таких как мощные генераторные лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и др.

Способ изготовления диода шоттки // 2197767

Высокотемпературный полупроводниковый прибор и способ его изготовления // 2166221

Способ изготовления интегрального стабилитрона // 1814107

Способ изготовления кремниевых диффузионных диодов // 140499

Диод силовой низкочастотный выпрямительный непланарный и способ его изготовления // 2411611

Изобретение относится к области силовой промышленной электронной техники

Способ изготовления полупроводниковых ограничительных диодов сверхвысокочастотного диапазона групповым методом // 2452057

Изобретение относится к микроэлектронике

Способ получения диода на основе оксида ниобия // 2470409

Изобретение относится к микроэлектронике

Способ изготовления шунтирующего диода для солнечных батарей космических аппаратов // 2479888

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов

Способ изготовления диода шоттки // 2488912

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых диодов с барьером Шоттки на основе синтетического алмаза, широко применяющихся в сильнотоковой высоковольтной и твердотельной высокочастотной электронике

Способ изготовления диода шоттки и диод шоттки, изготовленный таким способом // 2523778

Изобретение относится к области полупроводниковой промышленности, в частности к диодам Шоттки, и может быть использовано при создании микросхем радиочастотной идентификации в диапазоне частот сканирующего электромагнитного поля СВЧ-диапазона. Способ изготовления диода Шоттки включает формирование области N-типа внутри подложки P-типа, формирование разделительных областей двуокиси кремния на подложке P-типа и области N-кармана, формирование в области N-кармана области с более низкой концентрацией примеси, формирование высоколегированных областей P+-типа на подложке P-типа и высоколегированных областей N+-типа в области N-кармана, осаждение слоя межслойной изоляции с последующей термообработкой, фотокопию вскрытия окон к области с более низкой концентрацией примеси, на которую напыляется слой Pt с последующей термообработкой, стравливание слоя Pt с областей вне зоны анода диода Шоттки, вскрытие контактных окон к P+-областям и N-областям, напыление слоя Al+Si и проведение фотолитографии по металлизации с последующей термообработкой. Изобретение позволяет получить низкобарьерный диод Шоттки с высокочастотными характеристиками и большим пробивным напряжением. Способ изготовления диода Шоттки может быть интегрирован в базовый технологический процесс изготовления КМОП-интегральных микросхем. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ формирования высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур // 2528554

Изобретение относится к твердотельной электронике, в частности к технологии изготовления высоковольтных карбидокремниевых полупроводниковых приборов на основе p-n-перехода с использованием ионной имплантации. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в получении высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур с напряжением пробоя ~1200 В. В способе формирования высоковольтного карбидокремниевого диода на основе ионно-легированных p-n-структур на сильнолегированную подложку 6H-SiC наносят методом химического осаждения из газовой фазы слаболегированный эпитаксиальный слой толщиной 10÷15 мкм, после чего проводят ионное легирование этого слоя акцепторной примесью А1 или В с энергией 80÷100 кэВ и дозой 5000÷7000 мкКл/см2, что позволяет максимально увеличить ширину области пространственного заряда p-n-перехода (w~10 мкм), при которой в приповерхностном p-слое не возникает инверсии носителей заряда, при этом достигается величина напряжения пробоя p-n-перехода ~1200 В. 1 ил.

Способ изготовления полупроводниковых свч приборов // 2546856

Изобретение позволяет значительно упростить способ изготовления полупроводниковых приборов для управления СВЧ мощностью, в частности ограничительного элемента на основе p-i-n диодов. Способ изготовления полупроводниковых приборов для управления СВЧ мощностью на основе p-i-n структур заключается в равномерном утонении центральной части полупроводниковой пластины, создании на обеих сторонах центральной части пластины пар локальных углублений с плоским дном в местах расположения меза-структур, легировании выделенных областей на обеих сторонах пластины акцепторной и донорной примесями, формировании балочных выводов на противоположных сторонах пластины с областями взаимного перекрытия и получении парных меза-структур приборов. Техническим результатом является повышение процента выхода годных приборов за счет упрощения способа их производства. При этом электротехнические параметры приборов не ухудшаются, а идентичность их повышается. 2 ил.

Кремниевый диод с барьером шоттки и способ его изготовления // 2550374

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к представляющему собой меза-структуру с барьером Шоттки полупроводниковому кремниевому диоду, который может быть использован в качестве выпрямительного диода или сверхвысокочастотного детектора, и способу его изготовления. Изобретение обеспечивает создание конструкции и способа изготовления кремниевого диода с барьером Шоттки, позволяющих получить диод с уменьшенным значением токов утечки и высоким значением обратного напряжения при высоких значениях температуры окружающей среды с одновременным улучшением качества защитного диэлектрического покрытия меза-структуры диода. В выполненном в виде меза-структуры кремниевом диоде с барьером Шоттки периферийная часть барьерного контакта защищена слоем оксида кремния, а высота меза-структуры превышает толщину эпитаксиального рабочего слоя кремния n-типа электропроводности, при этом защитное диэлектрическое покрытие, толщина которого превышает высоту меза-структуры, выполнено из алюмосиликатного стекла и расположено на боковой поверхности меза-структуры и на поверхности кремниевой подложки n+-типа электропроводности. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Диод на гетеропереходах металл-полупроводник-металл (мпм) // 2632256

Изобретение относится к быстродействующим диодам. Диод содержит полупроводниковый слой, имеющий первую сторону и противоположную первой стороне вторую сторону, полупроводниковый слой имеет толщину между первой стороной и второй стороной, при этом толщина полупроводникового слоя сравнима со средней длиной свободного пробега носителей заряда, эмитированного в полупроводниковый слой. Диод содержит первый металлический слой, осажденный на первой стороне полупроводникового слоя, второй металлический слой, осажденный на второй стороне полупроводникового слоя, первый гетеропереход между полупроводниковым слоем и первым металлическим слоем или между полупроводниковым слоем и вторым металлическим слоем, причем полупроводниковый слой, первый металлический слой и второй металлический слой выполнены с возможностью осуществления баллистической проводимости носителя заряда из первого металлического слоя через полупроводниковый слой во второй металлический слой. Изобретение обеспечивает получение диода с высокой плотностью тока термоионной эмиссии, высокой нелинейностью и выпрямлением. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.