Способ изготовления полупроводниковых свч приборов

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.

 

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при создании твердотельных многокристальных переключательных и ограничительных элементов (модулей) для применения в гибридно-интегральных переключательных и защитных СВЧ устройствах активного и пассивного типа.

Известен способ изготовления бескорпусных СВЧ приборов на основе p-i-n структур прямоугольной формы, заключающийся в том, что на полупроводниковой пластине, содержащей легированные слои p+, n+ и i-высокоомный слой, механической обработкой алмазными дисками и проволокой формируют решетку в виде взаимно перпендикулярных двойных канавок, пересекающих границы слоев (p+-i)- и (n+-i) /1/. Затем на поверхность пластины наносят слой металлизации и с помощью контактной фотолитографии формируют контактные площадки к прямоугольным ячейкам решетки. После чего канавки заполняют защитным слоем диэлектрика и механической резкой разделяют пластину на отдельные приборы.

Недостатком данного способа изготовления приборов является пригодность формирования только крупных по размеру кристаллов - более 100 мкм, для использования в волноводных линиях передачи СВЧ сигнала. Из-за больших геометрических размеров СВЧ приборы имеют низкое быстродействие и большие потери. Кроме того, применение данного способа требует сложного дорогостоящего оборудования для прецизионной резки полупроводниковых пластин алмазными полотнами. Механическая резка приводит к нарушению кристаллической решетки полупроводниковых структур, что в дальнейшем сказывается на надежности работы изделия. Поэтому данный способ технологически сложен и трудоемок.

Известен также способ изготовления бескорпусных кремниевых p-i-n диодов с балочными выводами для применения в микрополосковых устройствах /2/. Согласно этому способу на низкоомной кремниевой подложке n+-типа проводимости (кристаллографическая ориентация <100>) с помощью эпитаксиального наращивания создают высокоомный слой кремния n-типа и последующей фотолитографией формируют прямоугольные меза-структуры высотой 5 мкм. После нанесения на пластину защитного слоя диоксида кремния на поверхности меза-структур вскрывают окна в диэлектрическом слое и проводят легирование примесью p+-типа на глубину 0,8 мкм. Затем рядом с каждой меза-структурой вытравливают по две поперечные канавки глубиной 40 и 10 мкм. При этом более глубокую канавку заполняют стеклом и с помощью термического распыления металлизации титан-золото в вакууме и последующей электрохимической гальваники золота формируют балочный вывод к p+-областям. Затем обратную сторону кремниевой пластины сошлифовывают до появления дна канавки, заполненной стеклом, а под меза-структурой вытравливают углубление до поверхности металлизации в более мелкой канавке.

Данный способ изготовления бескорпусных кремниевых p-i-n диодов также имеет существенные недостатки. Способ основан на использовании эпитаксиальных кремниевых структур, у которых низкоомная подложка имеет сопротивление 0,01 Ом∗см, что обуславливает повышенные потери СВЧ сигнала. С другой стороны, формирование балочных выводов диодов с одной стороны кристалла ограничивает применяемость приборов для параллельного включения в микрополосковые схемы. Существенным недостатком данного способа изготовления СВЧ диодов является применение механической шлифовки, большого количества фотолитографических процессов и прецизионного травления на разные глубины. Эти недостатки усложняют технологию производства, повышают себестоимость изделий и ведут к низкому проценту выхода годных приборов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления полупроводниковых ограничительных диодов сверхвысокочастотного диапазона групповым методом, который включает формирование на сильнолегированной полупроводниковой подложке эпитаксиального слаболегированного полупроводникового слоя одного типа проводимости с подложкой, защиту его слоем диэлектрика, формирование в полупроводниковой структуре со стороны эпитаксиального слоя сетки реперных канавок на глубину, которая превышает толщину эпитаксиального слоя, создание локальных контактов, сплошного слоя металлизации и толстого несущего медного покрытия, стравливание подложки до вскрытия сетки из реперных канавок с ее обратной стороны, удаление толстого несущего слоя меди и разделение полученной структуры на отдельные элементы /3/. Перед формированием сетки из реперных канавок создают в эпитаксиальном слое локальные области с типом проводимости, противоположным типу проводимости эпитаксиального слоя, а перед удалением толстого несущего слоя меди наносят слои металлизации на всю поверхность утоненной подложки и затем формируют интегральный медный теплоотвод заданной толщины. Разделение полученной полупроводниковой структуры выполняют по реперным канавкам с помощью алмазной дисковой резки.

Недостатком способа-прототипа является применение механической резки, большого количества фотолитографических процессов и прецизионного травления. Эти недостатки усложняют технологию производства, повышают себестоимость изделий и ведут к низкому проценту выхода годных приборов.

Усложнение технологического процесса для группового создания приборов на тонкой полупроводниковой пластине за счет необходимости вытравливания сетки реперных знаков-канавок для визуального контроля за процессом утонения подложки, стравливание подложки до вскрытия сетки реперных канавок с ее обратной стороны с помощью плазмохимического травления ввиду слабоконтролируемой избирательности приводит к неоднородному стравливанию подложки до вскрытия сетки реперных канавок по площади подложки и, как следствие, либо к перетравливанию, либо недотравливанию подложки по площади пластины, что дает большой разброс толщины пассивной балластной части кристалла и, соответственно, разброс рабочей емкости диода, снижение съема годных элементов с тонких платин большого диаметра и, соответственно, снижение процента выхода годных.

Необходимость нанесения несущего слоя меди на планарную поверхность пластины до утонения подложки не позволяет в дальнейшем проводить высокотемпературные процессы подлегирования подконтактных областей для снижения сопротивления СВЧ потерь и не гарантирует целостность структуры в процессе выполнения последующих технологических операций из-за деформации рабочей пластины, вследствие различных коэффициентов температурного расширения кремния и меди. Способ основан на использовании эпитаксиальных кремниевых структур, у которых низкоомная подложка имеет сопротивление 0,008 Ом∗см, что обуславливает повышенные потери СВЧ сигнала.

Задачей настоящего изобретения является повышение процента выхода годных приборов за счет упрощения способа их производства.

Это достигается тем, что в способе изготовления полупроводникового прибора для управления СВЧ мощностью на основе p-i-n структур, включающем равномерное утонение центральной части полупроводниковой пластины, создание на обеих сторонах центральной части пластины пар локальных углублений с плоским дном в местах расположения меза-структур, легирование выделенных областей на обеих сторонах пластины акцепторной и донорной примесями, формирование балочных выводов на противоположных сторонах пластины с областями взаимного перекрытия и получение парных меза-структур приборов, равномерность толщины пластины-мембраны, локальных пар углублений с плоским дном достигается стравливанием низкоомной подложки - высоколегированных областей - с высокоомной эпитаксиальной структуры путем селективного травления - избирательного к концентрации примеси.

Формирование высоколегированных областей в одном технологическом цикле позволяет снизить сопротивление СВЧ потерь приборов.

Создание локальных углублений в местах расположения только правых (левых) меза-структур на верхней стороне пластины, а также в местах расположения только левых (правых) меза-структур на нижней стороне пластины и последующее двухстороннее легирование пластины донорной (акцепторной) примесью позволяет снизить общее количество технологических операций на тонких пластинах-мембранах и существенно увеличить на выходе количество пластин-мембран, прошедших весь технологический цикл.

Предлагаемый способ характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность предложенного способа изготовления полупроводниковых приборов для управления СВЧ мощностью иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена последовательность предлагаемого способа:

а) 1 - исходная полупроводниковая пластина,

б) 2 - пластина-мембрана, полученная из полупроводниковой пластины 1 путем уменьшения ее толщины в центральной области методом изотропного химико-динамического травления, не достигая границы перехода n-n+,

в) 3 - мембрана, полученная из полупроводниковой пластины 2 путем селективного (анизотропного) полного стравливания низкоомной подложки n+ с эпитаксиального n-слоя,

г) 4 - высоколегированный слой путем легирования мембраны,

5 - маскирующий слой, который наносится затем,

д) 6 - фоторезистивный слой, в котором с помощью процессов фотолитографии сформированы окна 7 под диффузию примеси,

е) 8 - локальные углубления в окнах 7 с нижней стороны и с верхней стороны полупроводниковой пластины-мембраны,

ж) 9 - высоколегированные области вторым типом примесей,

з) мембрана 3 с высоколегированными слоями 4, имеющими p+-тип проводимости, и слоями 9, имеющими n+-тип проводимости, после нанесения защитного покрытия 10, в котором после проведения процессов фотолитографии вскрыты локальные 11 окна в фоторезистивном слое 12 и защитном покрытии 10 под формирование контактов и балочных выводов,

и) мембрана 3, в которой проведено формирование балочных выводов 13 с одной и с другой стороны пластины путем напыления металлизации в вакууме и гальванического наращивания металла,

к) мембрана 3 после сквозного химического травления для формирования меза-структур 14.

На фиг.2 представлен вид полученного предложенным способом СВЧ прибора, имеющего нижний балочный вывод 15, верхний балочный вывод 16 и кристалл в виде меза-структуры 17, расположенной между балочными выводами.

Предлагаемым способом были изготовлены опытные образцы бескорпусных полупроводниковых ограничительных приборов для применения в самоуправляемых микрополосковых защитных СВЧ устройствах. Для изготовления приборов использовались однослойный высокоомные эпитаксиальные структуры диаметра 60 мм 10КЭФ400/400КЭМ 0,002 (111).

После технологических операций химической очистки и отмывки в изотропном полирующем травителе состава 1 ч. HF: 5 ч. HNO3: 1ч. CH3COOH химико-динамическим травлением низкоомная подложка в центральной части утоньшалась до минимально возможной толщины 10÷20 мкм, не достигая перехода «низкоомная подложка-эпитаксиальный слой». В результате этой операции кремниевая пластина 1 приобретала профилированную форму с периферийной зоной шириной 5 мм исходной толщины (несущее кольцо) и центральную (мембрана) со слоем низкоомного кремния подложки толщиной 10÷20 мкм. Затем оставшаяся часть низкоомной подложки полностью удалялась травлением в селективном травителе состава 1 ч. НF: 3 ч. HNO3: 8 ч. CH3COOH. В результате этой операции создается рабочая часть пластины-мембраны 2 равномерной толщины по всей центральной площади, равной толщине эпитаксиального слоя 10±0,1 мкм. После процессов создания кремниевой пластины-мембраны 2 обе рабочие поверхности легируются примесью бора методом высокотемпературной диффузии при температуре 1100°C в окисляющей среде в течение 10 минут. Были получены легированные слои p+ типа проводимости толщиной 1,0 мкм с поверхностной концентрацией ≈3∗1020 см-3. Следующей технологической операцией является нанесение защитного слоя диоксида кремния толщиной 0,5 мкм методом пиролитического разложения тетраэтоксилана при температуре 320°C.

Затем с помощью фотолитографических процессов в защитном покрытии диоксида кремния 4 травлением в буферном водном травителе состава NH4F∗HF формировались окна 5 прямоугольной формы таким образом, что окна на одной стороне пластины-мембраны составляли пары с окнами на другой стороне. Размеры окон составляли 50×50 мкм, а расстояние между окнами одной пары с одной и другой стороны пластины составляло 50 мкм. Фоторезистивный слой 5 не снимался. Далее в этих окнах проводился двухстадийный процесс травления высоколегированного слоя p+-типа в селективном травителе 1 ч. HF: 3 ч. HNO3: 8 ч. CH3COOH до полного стравливания, а затем травление высокоомного кремния в изотропном травителе 1 ч. HF: 5 ч. HNO3: 1 ч. CH3COOH на глубину 1,0÷1,5 мкм в течение 5-10 секунд. Фоторезистивный слой 5 после травления удалялся. Таким образом были сформированы окна с одной стороны пластины-мембраны 7 и с другой стороны 8. Оставшийся защитной слой диоксида кремния 4 служит в дальнейшем маской при диффузии примесей. Затем в сформированные окна проводилась диффузия примесей противоположного типа проводимости n+ (фосфора). Легирование проводилось при температуре 1000°C в течение 10 минут в атмосфере инертного газа (аргона). Были получены легированные слои n+ типа проводимости толщиной 1,1÷1,2 мкм с поверхностной концентрацией ≈1∗1021 см-3, при этом диффузионные параметры ранее сформированных слоев p+ типа проводимости при данных температурных воздействиях оставались практически неизменными. Далее защитной слой диоксида кремния 4 полностью удалялся с обеих сторон пластины-мембраны 1, и вновь наносился слой диоксида кремния 10 методом пиролитического разложения тетраэтоксилана толщиной 0,3 мкм при температуре 320°C. Затем во вновь сформированном слое диоксида кремния 10 фотолитографией (совмещение выполнялось по границам локальных углублений) в буферном водном травителе состава NH4F∗HF вскрывались контактные окна 11, по конфигурации соответствующие форме и размерам балочных выводов приборов. Последующее двухстороннее нанесение контактной металлизации осуществлялось термическим испарением металлизации нихром-золото в вакууме. Толщина напыленных слоев составила 0,5 мкм. Для формирования балочных выводов в окнах 11 применялся метод «взрывного» снятия фоторезистивного слоя 12 путем химической обработки пластины-мембраны 1 в нагретом до температуры 130÷150°C моноэтаноламине в течение 10 минут. Получение объемных балочных выводов 13 и 14 осуществлялось гальваническим наращиванием золота толщиной 7÷10 мкм из цитратного электролита на основе дицианоаурата калия на контактные металлизированные области. Далее проводилось травление защитного слоя диоксида и сквозное травление кремния с обеих сторон одновременно в травителе 1 ч. HF: 8 ч. HNO3: 1 ч. CH3COOH. После чего травлением удаляли с внутренней поверхности балочных выводов 13 и 14 подслой нихрома в 20% растворе соляной кислоты при температуре 50÷70°C. В результате представленных технологических операций были сформированы полупроводниковые меза-структуры 15 с размером 40÷50 мкм, расположенные между верхними 13 и нижними 14 балочными выводами.

Созданный по данной технологии СВЧ прибор показан на фиг.2. Прибор содержит два полупроводниковых кристалла с p-i-n структурой 15, заключенные между взаимно перпендикулярными балочными выводами 13 и 14, которые обеспечивают возможность параллельного включения прибора в микрополосковую СВЧ линию.

Предложенный способ по сравнению с известным аналогом содержит меньшее количество технологических операций: нанесения защитных покрытий и процессов фотолитографии; высокоомные эпитаксиальные кремниевые пластины-мембраны, изготовленные двухэтапным изотропным химико-динамическим травлением и селективным травлением, имеют разброс по толщине ±0,5 мкм, что значительно уменьшает разброс электрических параметров приборов, зависящих от толщины полупроводникового кристалла, и, как следствие, повышает процент выхода годных изделий; формирование локальных углублений в пластине-мембране двухэтапным селективным и изотропным химико-динамического травлением также повышает идентичность электрических параметров приборов.

Таким образом, за счет сокращения технологических операций, с одной стороны, и введения технологических операций, повышающих прецизионность формирования элементов пластины-мембраны, увеличивается процент выхода годных приборов.

Источники информации

1. Патент Франции №2341205.

2. Патент США №4097890.

3. Патент РФ №2452057 - прототип.

Способ изготовления полупроводниковых СВЧ приборов, включающий формирование на сильнолегированной полупроводниковой подложке эпитаксиального слаболегированного полупроводникового слоя одного типа проводимости с подложкой, создание локальных контактов, стравливание подложки с ее обратной стороны и разделение полученной структуры на отдельные элементы, отличающийся тем, что сначала проводят утонение центральной части полупроводниковой пластины двухэтапным изотропным и селективным стравливанием низкоомной подложки с высокоомной эпитаксиальной структуры, затем легируют акцепторной или донорной примесью обе стороны пластины мембраны по всей поверхности, затем создают локальные углубления двухэтапным селективным и изотропным травлением, размеры которых превышают толщину легированного слоя, в местах расположения только правых или левых меза-структур на верхней стороне пластины, а также в местах расположения только левых или правых меза-структур на нижней стороне пластины, после чего обе стороны пластины, кроме углублений, закрывают маскирующим слоем диэлектрика и проводят двухстороннее легирование пластины донорной или акцепторной примесью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к твердотельной электронике, в частности к технологии изготовления высоковольтных карбидокремниевых полупроводниковых приборов на основе p-n-перехода с использованием ионной имплантации.

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.

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

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Изобретение относится к области силовой промышленной электронной техники. .

Изобретение относится к области изготовления дискретных полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении шунтирующих диодов для солнечных батарей космических аппаратов.
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.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении диффузионных p-i-n диодов с большим уровнем управляемой мощности групповым методом.
Использование: для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС). Сущность изобретения заключается в том, что химическое травление поверхности полупроводников проводят в травителе, состоящем из следующих компонентов: фтористоводородной (HF), азотной (HNO3) и уксусной (CH3COOH) кислот в соотношении 1:6:3.
Изобретение относится к области производства интегральных микросхем и других электронных устройств, использующих планарную технологию их изготовления, основанную на фотолитографических процессах.
Изобретение относится к способам защиты полиимидных материалов при травлении, применяющихся при конструировании радиоэлектронной аппаратуры для самолето- и вертолетостроения, в частности к способу производства полупроводниковых систем, изготавливаемых на основе полиимида, например гибких печатных плат с открытыми выводами.

Изобретение относится к электронной технике, конкретно к технике получения микросхем, и может быть использовано при получении требуемой топологии резисторов, емкостей, токопроводящих элементов микросхем, выполняемых методами нанесения через маски пленок в вакууме, а также для получения диэлектрических профильных подложек для вакуумной микроэлектроники.

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.

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.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Способ изготовления диода с вискером "Меза-подложка" терагерцового диапазона включает нанесение на поверхность гетероэпитаксиальной структуры диэлектрической пленки, в которой по маске фоторезиста травлением до высоколегированного катодного слоя создается окно катодного контакта U-, или О-образной формы, формирование в нем металлизации низкоомного омического катодного контакта с последующим удалением резиста, отжигом и гальваническим утолщением, формирование с использованием тонких резистивных масок на поверхности активных слоев окна анодного контакта микронного или субмикронного диаметра между U-выступами катода, или в центре О-образного катода, удаление в окне анодного контакта слоя диэлектрика, проведение финишных обработок, формирование металлизации анодного контакта, удаление резиста, формирование резистивной маски или маски диэлектрика для травления мезы вокруг площадки с расположенными на ней анодом и катодом, травление мезы как минимум до полуизолирующего слоя подложки, формирование анодной и катодной контактных площадок на полуизолирующем слое у основания мезы, соединение анода со своей контактной площадкой металлическим воздушным мостом, место соединения которого с анодом представляет собой расширенный контакт, выступы поля которого опираются на слой диэлектрика, соединение катода со своей контактной площадкой осуществляется либо металлическим воздушным мостом, либо металлической шиной, лежащей на боковой поверхности мезы или на слое диэлектрика, утонение подложки и разделение на отдельные кристаллы. Согласно способу перед травлением мезы и формированием воздушных мостов на анодном контакте микронных или субмикронных размеров формируется металлический вискер, представляющий собой перевернутый усеченный металлический конус, или усеченную металлическую пирамиду сечением, соединенным с анодным контактом, а широким основанием, соединенным с нависающим над анодом концом воздушного моста, другой конец которого соединен с расположенной на полуизолирующем слое у основания мезы контактной площадкой и формированием ребра жесткости на внешней стороне воздушного моста, причем формирование воздушного моста к аноду и утолщение катода осуществляют на разных технологических этапах. Изобретение обеспечивает упрощение изготовления диода с вискером. 2 ил.

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.

Наверх