RU2393583C1 - Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) - Google Patents
Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393583C1 RU2393583C1 RU2009123343/28A RU2009123343A RU2393583C1 RU 2393583 C1 RU2393583 C1 RU 2393583C1 RU 2009123343/28 A RU2009123343/28 A RU 2009123343/28A RU 2009123343 A RU2009123343 A RU 2009123343A RU 2393583 C1 RU2393583 C1 RU 2393583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- conductivity
- type conductivity
- type
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении диффузионных p-i-n диодов с большим уровнем управляемой мощности групповым методом.The invention relates to the field of microelectronics and can be used in the manufacture of diffusion p-i-n diodes with a high level of controlled power by a group method.
P-i-n диоды находят широкое применение в мощных управляющих устройствах, работающих на низких частотах. Такие диоды должны иметь высокое значение пробивного напряжения и низкое значение прямого сопротивления, которое обуславливается высоким значением накопленного заряда носителей в i-области. Наибольшее значение пробивного напряжения достигается при создании мезаэпитаксиальных p-i-n диодов, использующих защиту боковой поверхности стеклом специального состава.P-i-n diodes are widely used in powerful control devices operating at low frequencies. Such diodes should have a high breakdown voltage value and a low forward resistance value, which is caused by a high value of the accumulated charge of carriers in the i-region. The greatest value of breakdown voltage is achieved when creating mesa-epitaxial p-i-n diodes using side-protection glass with a special composition.
Известен способ получения p-i-n диода с остеклованной мезаструктурой (Л.С.Либерман и др. «Кремниевые диоды с остеклованной мезаструктурой», Электронная техника, серия 2, Полупроводниковые приборы, №4 (114), 1977 г., Технология приборов, с.95 [1]), в котором на пластине из кремния с удельным сопротивлением более 2 кОм×см наращивали эпитаксиальный слой n+-типа толщиной ~100 мкм, подшлифовкой пластины с другой стороны доводили до нужной толщины высокоомный i-слой и после травления шлифованной поверхности наращивали с этой стороны p+-слой толщиной ~10 мкм, затем получали мезаструктуры химическим травлением пластины до вскрытия n+-слоя, после чего методом электрофореза на боковую поверхность мезаструктур наносили суспензию из стеклянного порошка в этиловом спирте с добавлением 1-3 капель соляной кислоты. После сушки на воздухе в течение 1-2 мин пластины отжигали при температуре 750°С в потоке кислорода в течение 30 минут. После создания омических контактов пластину разделяли на отдельные диодные структуры. Диоды выдерживали напряжение до 300 В при обратных токах 0,2-5 µкА.A known method of producing a pin diode with a vitrified mesastructure (L.S. Lieberman and others. "Silicon diodes with a vitrified mesastructure", Electronic technology,
Недостатком описанного способа является трудность получения большого значения накопленного заряда Q>600 нКл из-за необходимости значительного увеличения времени охлаждения пластин в процессе и после процессов эпитаксиального наращивания для сохранения возможно большего значения времени жизни неосновных носителей в i-слое p-i-n диода.The disadvantage of the described method is the difficulty of obtaining a large value of the accumulated charge Q> 600 nC due to the need to significantly increase the cooling time of the plates during and after the epitaxial growth process to maintain the largest possible lifetime of minority carriers in the i-layer of the p-i-n diode.
Известен также способ (Л.С.Либерман и др. «Кремниевые диоды с остеклованной мезаструктурой», Электронная техника, серия 2, Полупроводниковые приборы, №4 (114), 1977 г., Технология приборов, с.96 [2]) получения диодных структур с толщиной i-области 120 µкм, индивидуально вырезанных из пластины, в которой р+- и n+-области были получены методом диффузии примесей, позволяющим проводить длительный отжиг после высокотемпературной обработки в режиме остывания пластин вместе с печью. В указанном способе диодные структуры с помощью зажимов подгружали в сосуд с суспензией стекла и проводили процесс электрофореза, причем зажимы имели фторопластовые наконечники, закрывающие торцевые участки диодной структуры, в центре наконечника имеется металлический стерженек, касающийся диодной структуры. Полученные диоды имели пробивное напряжение 1000 В при обратном токе 10 µкА и накопленный заряд более 600 нКл при прямом токе 100 мА.There is also a method (L.S. Lieberman and others. "Silicon diodes with vitrified mesastructure", Electronic Engineering,
Недостатком данного способа является сложность и высокая трудоемкость выполнения операций осаждения стекла на отдельные кристаллы, а также значительный разброс в толщине защитного покрытия из-за индивидуальной геометрии диодных структур и условий остекловывания.The disadvantage of this method is the complexity and high complexity of the operations of deposition of glass on individual crystals, as well as a significant spread in the thickness of the protective coating due to the individual geometry of the diode structures and vitrification conditions.
Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления диодов (ЕР 0303390 А1, МПК: H01L 21/329; 21/78; C09J 4/00, опубликован 15.02.1989 г., [3]), который заключается во введении примеси первого типа проводимости в одну поверхность материала с собственной проводимостью (i), выращивании слоя поликристаллического кремния на оксидированной поверхности, в которую была введена легирующая примесь первого типа проводимости, уменьшении толщины исходного материала i-типа с противоположной стороны материала с собственной проводимостью, введении легирующей примеси второго типа проводимости в поверхность этой стороны материала i-типа, формировании мезаструктур и остекловывании их боковой поверхности, формировании омического контакта на вершинах мезаструктур, удалении поликристаллического и оксидных слоев, формировании омического контакта с противоположной стороны и разделении пластины на отдельные диодные элементы.Closest to the technological nature of the proposed method is a method of manufacturing diodes (EP 0303390 A1, IPC:
Основной недостаток известного способа [3] в том, что он требует проведения эпитаксиального процесса осаждения поликристаллического слоя кремния в качестве носителя и, следовательно, не позволяет сохранить высокое значение времени жизни носителей τе, достижимое в процессе диффузионного легирования. Это существенно снижает уровень управляемой мощности и ограничивает нижний предел рабочей частоты (f0=1/27π·τe, где τе - эффективное время жизни неравновесных носителей) p-i-n диода.The main disadvantage of the known method [3] is that it requires the epitaxial process of deposition of a polycrystalline silicon layer as a carrier and, therefore, does not allow to maintain a high value of the carrier lifetime τ e achievable in the process of diffusion doping. This significantly reduces the level of controlled power and limits the lower limit of the working frequency (f 0 = 1 / 27π · τ e , where τ e is the effective lifetime of nonequilibrium carriers) of the pin diode.
Настоящее изобретение касается вариантов способа получения p-i-n диодов групповым методом по диффузионной технологии с защищенной стеклом боковой поверхностью мезаструктур.The present invention relates to variants of a method for producing p-i-n diodes by a group method using diffusion technology with a glass-protected side surface of mesastructures.
Задачей предлагаемого изобретения является создание нетрудоемкого способа изготовления мощных p-i-n диодов групповым методом по мезаиффузионной технологии, обеспечивающей получение максимальной величины накопленного заряда и возможность максимального съема кристаллов с мезаструктурами, что особенно важно для пластин большого диаметра, подверженных разрушению при термических операциях.The objective of the invention is the creation of a non-laborious method of manufacturing high-power p-i-n diodes by a group method using mesa diffusion technology, which provides the maximum value of the accumulated charge and the possibility of maximum removal of crystals with mesostructures, which is especially important for wafers of large diameter, subject to destruction during thermal operations.
Техническим результатом от использования изобретения является:The technical result from the use of the invention is:
- существенное увеличение пробивного напряжения с 600 В до 1000 В при сохранении малых уровней обратного тока (менее 10 µА) за счет применения групповой технологии с защитой стеклом боковой поверхности мезаструктур и возможности получения низкого градиента концентрации при диффузионном легировании материала с собственной проводимостью;- a significant increase in breakdown voltage from 600 V to 1000 V while maintaining low reverse current levels (less than 10 μA) due to the use of group technology with glass protection of the side surface of mesastructures and the possibility of obtaining a low concentration gradient during diffusion doping of the material with intrinsic conductivity;
- возможность работы p-i-n диодов на низких частотах без искажения формы сигнала за счет сохранения более высокого значения времени жизни неравновесных носителей (накопленного заряда);- the ability to work p-i-n diodes at low frequencies without distorting the waveform by maintaining a higher value of the lifetime of nonequilibrium carriers (accumulated charge);
- повышение производительности за счет увеличения съема кристаллов при использовании пластин большого диаметра;- increased productivity by increasing the removal of crystals when using plates of large diameter;
- высокая надежность благодаря сохранению способа защиты поверхности мезаструктур стеклом, что позволяет использовать p-i-n диоды в бескорпусном исполнении.- high reliability due to the preservation of the method of protecting the surface of the mesastructures with glass, which allows the use of p-i-n diodes in a housingless design.
Поставленная задача и технический результат по первому варианту достигаются тем, что в способе изготовления кристаллов мощных p-i-n диодов групповым методом, включающем создание диффузионным легированием из газовой фазы с одной стороны рабочей пластины кремния с собственным типом проводимости высоколегированного слоя p-типа проводимости, уменьшение толщины слоя собственного типа проводимости с другой стороны рабочей пластины кремния с последующим созданием диффузионным легированием с этой стороны рабочей пластины кремния высоколегированного слоя n-типа проводимости, формирование на рабочей пластине кремния мезаструктур, защиту пассивирующим стеклом боковых поверхностей мезаструктур, формирование омических контактов на вершинах мезаструктур и после формирования общего, омического контакта разделение рабочей пластины кремния на кристаллы, сторону для создания высоколегированного слоя p-типа проводимости на рабочей пластине кремния предварительно полируют, а затем при создании диффузионным легированием высоколегированного слоя p-типа проводимости в полированную сторону рабочей пластины кремния проводят загонку примеси p-типа проводимости, уменьшение толщины слоя собственного типа проводимости проводят шлифовкой, после чего на шлифованную сторону рабочей пластины кремния наносят жидкий диффузант с примесью n-типа проводимости и плотно контактируют эту сторону рабочей пластины кремния со шлифованной и покрытой идентичным диффузантом стороной кремниевой пластины-носителя n-типа проводимости, а процесс нагрева при создании диффузионным легированием высоколегированного слоя n-типа проводимости проводят при заданных температуре и времени с одновременной разгонкой примеси в высоколегированном слое p-типа проводимости, формированием соответствующей силикатной стекловидной пленки на высоколегированных слоях p- и n-типа проводимости и соединением рабочей пластины кремния с кремниевой пластиной-носителем, формирование мезаструктур проводят со стороны высоколегированного слоя p-типа проводимости глубиной до высоколегированного слоя n-типа проводимости, омические контакты на вершинах мезаструктур формируют к высоколегированному слою p-типа проводимости, а перед формированием общего омического контакта, которое проводят к высоколегированному слою p-типа проводимости, удаляют кремниевую пластину-носитель и соответствующую силикатную стекловидную пленку.The task and the technical result according to the first embodiment are achieved by the fact that in the method for manufacturing high-power pin diode crystals by the group method, which includes creating by diffusion doping from the gas phase on one side of the silicon working plate with its own type of conductivity a highly doped p-type conductivity layer, reducing the thickness of the intrinsic layer type of conductivity on the other side of the silicon wafer with the subsequent creation of diffusely doped silicon on this side of the silicon wafer of a n-type conductivity layer, the formation of mesastructures on a silicon wafer, protection of the side surfaces of the mesastructures with passivating glass, the formation of ohmic contacts on the vertices of the mesastructures and, after the formation of a common ohmic contact, the separation of the silicon wafer into crystals, the side to create a highly doped p-type conductivity layer on a working plate, silicon is pre-polished, and then, when diffusion-doped, a highly doped p-type layer is created in polished the opposite side of the silicon wafer is driven by a p-type impurity impurity, the thickness of the intrinsic conductivity type is reduced by grinding, after which a diffuser mixed with n-type conductivity is applied to the polished side of the silicon wafer and this side of the silicon wafer is closely contacted with the polished and covered with an identical diffuser side of an n-type silicon carrier wafer, and the heating process is carried out by diffusion doping of a highly doped n-type layer They are carried out at a given temperature and time with simultaneous acceleration of the impurity in a highly doped p-type conductivity layer, the formation of a corresponding silicate glassy film on high-doped p- and n-type conductivity layers and a silicon working wafer is connected to a silicon carrier wafer; mesastructures are formed from the side of a high-doped p-type conductivity layer up to a high-doped n-type conductivity layer, ohmic contacts at the vertices of the mesastructures form highly doped the p-type conductivity layer, and before the formation of a common ohmic contact, which is conducted to the highly doped p-type conductivity layer, the silicon carrier plate and the corresponding silicate glassy film are removed.
Поставленная задача и технический результат по второму варианту достигаются тем, что в способе изготовления кристаллов мощных p-i-n диодов групповым методом, включающем последовательное создание диффузией высоколегированных слоев p- и n-типа проводимости с противоположных сторон рабочей пластины кремния собственного типа проводимости с уменьшением толщины слоя собственного типа проводимости, формирование на рабочей пластине кремния мезаструктур, защиту пассивирующим стеклом боковых поверхностей мезаструктур, формирование омических контактов на вершинах мезаструктур и после формирования общего омического контакта разделение рабочей пластины кремния на кристаллы, уменьшение толщины слоя собственного типа проводимости проводят шлифовкой противоположных сторон рабочей пластины кремния, при этом сначала шлифуют одну ее сторону, наносят на нее жидкий диффузант с примесью n-типа проводимости и плотно контактируют эту сторону рабочей пластины кремния со шлифованной и покрытой идентичным диффузантом стороной кремниевой пластины-носителя n-типа проводимости, а после процесса нагрева при создании высоколегированного слоя n-типа проводимости диффузионным легированием при заданных температуре и времени с одновременным соединением рабочей пластины кремния с кремниевой пластиной-носителем и формированием силикатной стекловидной пленки на высоколегированном слое n-типа проводимости шлифуют другую сторону рабочей пластины кремния, наносят на нее жидкий диффузант с примесью p-типа проводимости, а после создания диффузией высоколегированного слоя p-типа проводимости с одновременным формированием на нем силикатной стекловидной пленки формируют мезаструктуры со стороны высоколегированного слоя p-типа проводимости глубиной до высоколегированного слоя n-типа проводимости, омические контакты на вершинах мезаструктур формируют к высоколегированному слою p-типа проводимости, а перед формированием общего контакта, которое проводят к высоколегированному слою n-типа проводимости, удаляют кремниевую пластину-носитель и соответствующую силикатную стекловидную пленку.The task and technical result according to the second embodiment are achieved by the fact that in the method for manufacturing high-power pin diode crystals by the group method, which involves the sequential diffusion of highly doped p- and n-type conductivity layers from opposite sides of the silicon wafer of the intrinsic type of conductivity with a decrease in the thickness of the intrinsic layer conductivity, the formation of silicon mesastructures on the silicon wafer, protection of the side surfaces of the mesastructures with passivating glass, the formation of ohmic of contacts at the vertices of the mesastructures and after the formation of a common ohmic contact, the separation of the silicon wafer into crystals, a decrease in the thickness of the intrinsic conductivity layer are carried out by grinding the opposite sides of the silicon wafer, first one side is ground, a diffuser mixed with n-type conductivity is applied to it and tightly contact this side of the silicon wafer with the side of the silicon carrier plate of n-type conductivity polished and covered with an identical diffuser, and after The heating process when creating a highly doped n-type conductivity layer by diffusion alloying at specified temperature and time with simultaneous connection of the silicon wafer with a silicon carrier plate and the formation of a silicate glassy film on a high-alloy n-type conductivity layer is ground on the other side of the silicon wafer, applied to it liquid diffusant with an admixture of p-type conductivity, and after diffusion creates a highly doped p-type conductivity layer with the simultaneous formation on it silicate vitreous films form mesastructures from the side of the high-doped p-type conductivity layer deep to the high-doped n-type conductivity layer, ohmic contacts at the vertices of the mesastructures form the high-doped p-type conductivity layer, and before the formation of the common contact, which leads to the high-doped n-type layer conductivity, remove the silicon carrier plate and the corresponding silicate glassy film.
Максимальное значение накопленного заряда в предлагаемых способах изготовления кристаллов p-i-n диодов обеспечивается благодаря возможности медленного охлаждения рабочей пластины при проведении только процессов диффузионного легирования, что связано с уменьшением количества радиационных дефектов и дефектов упаковки и не достижимо в способе-прототипе, так как эпитаксиальное выращивание поликремния в качестве носителя происходит за более короткое время и приводит к большим механическим напряжениям, способствующим снижению времени жизни неравновесных носителей заряда и, следовательно, накопленного заряда. Высокое значение накопленного заряда позволяет сохранять управляющую способность p-i-n диодов на низких частотах без искажения формы сигнала.The maximum value of the accumulated charge in the proposed methods for the manufacture of pin diode crystals is ensured by the possibility of slow cooling of the working plate when conducting only diffusion doping processes, which is associated with a decrease in the number of radiation defects and packaging defects and is not achievable in the prototype method, since epitaxial polysilicon growth as carrier occurs in a shorter time and leads to greater mechanical stresses that contribute to reducing time out of nonequilibrium charge carriers and, therefore, the accumulated charge. The high value of the accumulated charge allows you to maintain the control ability of p-i-n diodes at low frequencies without distorting the waveform.
Возможность получения высокого значения пробивного напряжения достигается процессом глубокого диффузионного легирования с низким градиентом концентрации примеси при создании слоя n+-типа проводимости, что обеспечивается достаточным временем выдержки t рабочей пластины при заданной температуре. При этом время выдержки t выбирают из соотношения: t=x2/64·Dn, [с],The possibility of obtaining a high breakdown voltage is achieved by the process of deep diffusion doping with a low gradient of impurity concentration when creating an n + -type conductivity layer, which is ensured by a sufficient exposure time t of the working plate at a given temperature. When this holding time t is selected from the relation: t = x 2/64 · D n, [c],
где x - глубина диффузионного высоколегированного слоя n-типа проводимости, [см],where x is the depth of the diffusion highly doped layer of n-type conductivity, [cm],
Dn - коэффициент диффузии примеси n-типа проводимости, [см2/с].D n - diffusion coefficient of an impurity of n-type conductivity, [cm 2 / s].
Как известно из теории p-n перехода увеличение глубины p-n перехода, приводит к уменьшению градиента концентрации и, следовательно, к росту пробивного напряжения в соответствии с математическим выражением (5.88) в «СВЧ полупроводниковые приборы и их применение» (под ред. Г.Уотсона, изд-во Мир, Москва, 1972 г., стр.147, [4]). Следовательно, увеличение времени выдержки рабочей пластины в процессе диффузионного легирования позволит достичь максимальных (для выбранной толщины рабочей пластины) значений Uпроб. и одновременно обеспечить сохранение (целостность) всей площади рабочей пластины, исключив механические повреждения рабочей пластины в предлагаемом технологическом процессе, а следовательно, высокий съем кристаллов за счет одновременного с диффузией надежного соединения рабочей пластины с кремниевой пластиной-носителем.As is known from the theory of the pn junction, an increase in the depth of the pn junction leads to a decrease in the concentration gradient and, consequently, to an increase in breakdown voltage in accordance with the mathematical expression (5.88) in “Microwave Semiconductor Devices and Their Application” (edited by G. Watson, ed. -to the World, Moscow, 1972, p. 147, [4]). Therefore, increasing the exposure time of the working plate during diffusion alloying will allow us to achieve maximum (for the selected thickness of the working plate) values of U samples. and at the same time ensure the preservation (integrity) of the entire area of the working plate, eliminating mechanical damage to the working plate in the proposed process, and therefore, high removal of crystals due to the simultaneous diffusion of a reliable connection between the working plate and the silicon carrier plate.
Получение высоколегированного слоя p-типа проводимости на вершинах, а высоколегированного слоя n-типа проводимости в основании мезаструктур обеспечивает более высокую температуру для надежного соединения рабочей пластины с пластиной-носителем, которая предохраняет рабочую пластину от механических повреждений в технологическом процессе получения кристаллов групповым методом. Это позволяет увеличить съем кристаллов с пластин большого диаметра.Obtaining a high-doped p-type conductivity layer at the vertices, and a high-doped n-type conductivity layer at the base of the mesastructures provides a higher temperature for reliable connection of the working plate with the carrier plate, which protects the working plate from mechanical damage in the technological process of obtaining crystals by the group method. This allows you to increase the removal of crystals from plates of large diameter.
Использование группового способа получения мезаструктур с защитой боковой поверхности мезаструктур толстым слоем пассивирующего стекла обеспечивает высокую надежность p-i-n диодов с высокой рассеиваемой мощностью за счет снижения тока утечки.Using the group method for producing mesastructures with protecting the side surface of the mesastructures with a thick layer of passivating glass provides high reliability of p-i-n diodes with high power dissipation by reducing the leakage current.
Преимущество второго варианта способа заключается в возможности сохранить идентичные условия легирования примесями p- и n-типа (например, бором и фосфором) рабочей пластины, поскольку в первом варианте используется загонка примеси p-типа из газовой фазы с последующей разгонкой в процессе соединения рабочей пластины с пластиной-носителем и, следовательно, поверхностная концентрация примеси p-типа не достигает максимального значения, что обеспечивает меньшее сопротивление потерь в диоде, чем во втором варианте способа.The advantage of the second variant of the method is the ability to maintain identical doping conditions with p- and n-type impurities (for example, boron and phosphorus) of the working plate, since the first version uses a p-type impurity shutter from the gas phase, followed by distillation during the connection of the working plate with the carrier plate and, therefore, the surface concentration of the p-type impurity does not reach the maximum value, which provides less resistance to losses in the diode than in the second embodiment of the method.
Сопоставительный анализ предлагаемых вариантов способа изготовления кристаллов p-i-n диодов групповым методом с современным уровнем техники в этой области и отсутствие описаний аналогичных способов в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых вариантов изобретения критерию «новизна».A comparative analysis of the proposed variants of the method of manufacturing crystals of p-i-n diodes by a group method with the current state of the art in this field and the lack of descriptions of similar methods in known sources of information allows us to conclude that the proposed variants of the invention meet the criterion of "novelty."
Заявляемые варианты способа характеризуются совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».The inventive variants of the method are characterized by a combination of features exhibiting new qualities, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения по первому варианту способа поясняется на фиг.1-7, где:The invention according to the first variant of the method is illustrated in figures 1-7, where:
на фиг.1 и 2 показаны этапы создания высоколегированного слоя p-типа проводимости с одной стороны рабочей пластины кремния собственного типа проводимости и подготовка пластины-носителя и рабочей пластины кремния к их соединению;1 and 2 show the steps of creating a highly doped p-type conductivity layer on one side of a silicon working plate of its own type of conductivity and preparing the carrier plate and silicon working plate for their connection;
на фиг.3 показан этап создания высоколегированного слоя n-типа проводимости с другой стороны рабочей пластины кремния;figure 3 shows the step of creating a highly alloyed layer of n-type conductivity on the other side of the silicon wafer;
на фиг.4 показан этап формирования мезаструктур;figure 4 shows the stage of formation of mesastructures;
на фиг.5 показан этап формирования омического контакта к высоколегированному слою p-типа проводимости на вершинах мезаструктур;figure 5 shows the stage of formation of an ohmic contact to a highly doped p-type conductivity layer at the vertices of the mesastructures;
на фиг.6 показаны этап формирования общего омического контакта к высоколегированному слою n-типа проводимости после удаления пластины-носителя и силикатной стекловидной пленки и разделение пластины кремния на кристаллы;FIG. 6 shows the step of forming a common ohmic contact to a highly doped n-type conductivity layer after removing the carrier plate and the silicate glassy film and separating the silicon plate into crystals;
на фиг.7 показан кристалл p-i-n диода с мезаструктурой.7 shows a crystal of a p-i-n diode with a mesastructure.
Сущность изобретения по второму варианту способа поясняется на фиг.8-15, где:The invention according to the second variant of the method is illustrated in Fig.8-15, where:
на фиг.8 показана подготовка пластины-носителя и рабочей пластины кремния к их соединению;on Fig shows the preparation of the carrier plate and the working plate of silicon for their connection;
на фиг.9 показан этап создания с одной стороны рабочей пластины высоколегированного слоя n-типа проводимости с одновременным присоединением пластины-носителя;figure 9 shows the step of creating on one side of the working plate a highly alloyed n-type conductivity layer with simultaneous attachment of the carrier plate;
на фиг.10 показан этап подготовки другой стороны рабочей пластины к созданию высоколегированного слоя p-типа проводимости;figure 10 shows the stage of preparation of the other side of the working plate to create a high-alloy layer of p-type conductivity;
на фиг.11 показан этап создания высоколегированного слоя p-типа проводимости;figure 11 shows the step of creating a highly alloyed layer of p-type conductivity;
на фиг.12 показан этап формирования мезаструктур;on Fig shows the stage of formation of the mesastructures;
на фиг.13 показан этап формирования омического контакта к высоколегированному слою p-типа проводимости на вершинах мезаструктур;on Fig shows the stage of formation of an ohmic contact to a highly doped p-type conductivity layer at the vertices of the mesastructures;
на фиг.14 показаны этап формирования общего омического контакта к высоколегированному слою n-типа проводимости после удаления пластины-носителя и силикатной стекловидной пленки и разделение пластины кремния на кристаллы;on Fig shows the stage of formation of a common ohmic contact to a high-doped n-type conductivity layer after removing the carrier plate and silicate glassy film and the separation of the silicon plate into crystals;
на фиг.15 показан кристалл p-i-n диода с мезаструктурой.on Fig shows a crystal p-i-n diode with a mesastructure.
На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, иллюстрирующих последовательность изготовления кристаллов p-i-n диодов групповым методом по первому варианту, показаны позиции элементов структуры кристалла и позиции на промежуточных этапах его формирования.Figure 1, 2, 3, 4, 5, 6, illustrating the sequence of manufacturing crystals of p-i-n diodes by the group method according to the first embodiment, shows the positions of the elements of the crystal structure and positions at the intermediate stages of its formation.
На фиг.1 показаны: рабочая пластина кремния собственного (i) типа проводимости 1; сторона 2 рабочей пластины кремния 1, которую для создания диффузионным легированием (например, бором) слоя 3 p+-типа проводимости предварительно полируют; сторона 4 рабочей пластины кремния 1, которую шлифуют.Figure 1 shows: a silicon working plate of intrinsic (i)
На фиг.2 показаны: слой жидкого диффузанта 5 с примесью n-типа проводимости (например, фосфора); кремниевая пластина-носитель 6 n-типа проводимости, на шлифованную сторону 7 которой наносят жидкий диффузант 5 (например, ортофосфорную кислоту).Figure 2 shows: a layer of liquid diffusant 5 with an admixture of n-type conductivity (for example, phosphorus); a
На фиг.3 показаны: слой 8 n+-типа проводимости, полученный со шлифованной стороны 4 рабочей пластины 1 диффузионным легированием в течение времени t, достаточного для одновременного прочного соединения рабочей пластины 1 с пластиной-носителем 6, разгонки примеси слоя 3 р+-типа проводимости и формирования силикатных стекловидных пленок 9, 10 со стороны слоев 3, 8 р+-типа и n+-типа проводимости соответственно.Figure 3 shows: a layer of 8 n + -type of conductivity obtained from the polished
На фиг.4 показано: пассивирующее стекло 11 (например, С 44-4) для защиты боковых поверхностей сформированных на рабочей пластине 1 мезаструктур.Figure 4 shows: passivating glass 11 (for example, C 44-4) to protect the side surfaces formed on the working
На фиг.5 показан: омический контакт 12 на вершинах мезаструктур к слою 3 р+-типа.Figure 5 shows:
На фиг.6 показан: общий омический контакт 13 к слою 8 n+-типа проводимости.Figure 6 shows: the
На фиг.8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, иллюстрирующих последовательность изготовления кристаллов p-i-n диодов групповым методом по второму варианту, показаны позиции элементов структуры кристалла и позиции на промежуточных этапах его формирования.On Fig, 9, 10, 11, 12, 13, 14, illustrating the sequence of manufacturing crystals of p-i-n diodes by the group method according to the second embodiment, the positions of the elements of the crystal structure and the positions at the intermediate stages of its formation are shown.
На фиг.8 показаны: рабочая пластина кремния собственного (i) типа проводимости 14; шлифованная сторона 15 рабочей пластины кремния 14; слой жидкого диффузанта 16 с примесью n-типа проводимости (например, фосфора); кремниевая пластина-носитель 17 n-типа проводимости, на шлифованную сторону 18 которой наносят идентичный жидкий диффузант 16.Fig. 8 shows: a silicon working plate of intrinsic (i)
На фиг.9 показаны: слой 19 n+-типа проводимости, полученный со шлифованной стороны 18 рабочей пластины 14 диффузионным легированием в течение времени t, достаточного для одновременного прочного соединения рабочей пластины 14 с пластиной-носителем 17; силикатная стекловидная пленка 20, сформированная на слое 19 n+-типа проводимости.Figure 9 shows: a
На фиг.10 показаны: шлифованная сторона 21 рабочей пластины 14; слой жидкого диффузанта 22 с примесью p-типа проводимости (например, бора).Figure 10 shows: the
На фиг.11 показаны: слой 23 p+-типа проводимости; силикатная стекловидная пленка 24, сформированная на слое 23 p+-типа проводимости.Figure 11 shows: a layer 23 p + -type conductivity;
На фиг.12 показано: пассивирующее стекло 25 (например, С 44-4) для защиты боковых поверхностей сформированных на рабочей пластине 14 мезаструктур.12 shows: a passivating glass 25 (for example, C 44-4) to protect the side surfaces formed on the
На фиг.13 показан: омический контакт 26 на вершинах мезаструктур к слою 23 p+-типа.On Fig shows:
На фиг.14 показан: общий омический контакт 27 к слою 19 n+-типа проводимости.On Fig shows: the
Пример реализации первого варианта способа (с полированной поверхностью кремниевой рабочей пластины).An example of the implementation of the first variant of the method (with a polished surface of a silicon wafer).
Рабочую пластину 1 высокоомного кремния π-типа проводимости диаметром 60 мм и толщиной ~380 мкм с ρi=2 кОм·см и временем жизни носителей более 800 мкс подвергают последовательно операциям шлифовки и полировки с одной стороны 2 с целью получения полированной поверхности, отвечающей стандарту, в соответствии с техническими условиями. В полированную поверхность стороны 2 рабочей пластины 1 проводят диффузией загонку бора из газовой фазы при температуре Т=1150°С и в течение 40 минут, при этом образуется диффузионный слой 3 р+-типа глубиной ~2,5±0,2 мкм по всей площади поверхности стороны 2 рабочей пластины 1, защищенной пленкой боросиликатного стекла 9. Далее проводят подшлифовку обратной стороны 4 рабочей пластины 1 на шлифпорошках M14 и M10, обеспечивая суммарную толщину пластины 1 порядка 200=10 мкм (см. фиг.1).The working
На шлифованную поверхность стороны 4 рабочей пластины 1 наносят жидкий диффузант 5, содержащий фосфор, например на основе ортофосфорной кислоты, и плотно соединяют с ней аналогично подшлифованную с нанесенным на нее идентичным жидким диффузантом 5 сторону 7 кремниевой пластины-носителя 6 n-типа проводимости, например КЭС 0,01, при этом диаметр пластины-носителя 6 равен диаметру рабочей пластины 1 (см. фиг.2).A
Сборку из пластин (рабочая + носитель) загружают в оснастку, помещают в температурную зону печи типа СДОМ и проводят выдержку при температуре Т=1250°С в течение 24 часов, затем выключают печь и дают остыть сборке (одной или группе) до комнатной температуры. Глубина образованного слоя 8 n+-типа проводимости составляет 30±5 мкм, а поверхностная концентрация фосфора составляет не менее 1,1·1021 см-3. В процессе выдержки сборки при температуре Т=1250°С происходит разгонка бора так, что глубина диффузионного слоя 3 возрастает до 15÷20 мкм, а градиент концентрации акцепторной примеси не превышает значения 5·1018 см-4, при этом на поверхности рабочей пластины 1 со стороны 2 слоя 3 p+-типа образуется пленка боросиликатного стекла (БСС) 9, которая защищает поверхность стороны 2 рабочей пластины 1 от проникновения примесей, а со стороны 4 слоя 8 n+-типа формируется пленка фосфорно-силикатного стекла (ФСС) 10 (см. фиг.3).The assembly of plates (working + carrier) is loaded into a snap, placed in the temperature zone of an SDOM furnace and held at a temperature of T = 1250 ° C for 24 hours, then the furnace is turned off and the assembly (one or a group) is allowed to cool to room temperature. The depth of the formed layer of the 8 n + -type of conductivity is 30 ± 5 μm, and the surface concentration of phosphorus is not less than 1.1 · 10 21 cm -3 . In the process of holding the assembly at a temperature T = 1250 ° C, boron is accelerated so that the depth of the
Дальнейшие технологические операции включают нанесение на пленку БСС 9 со стороны 2 рабочей пластины 1 маски из алюминия и фоторезиста ФП-25 (не показано), после операции фотолитографии и процесса химического травления в смеси 2:9:4=HF:НNО3:СН3СООН формируют со стороны слоя 3 p+-типа мезаструктуры по всей площади рабочей пластины 1, прекращая операцию травления по достижению сильнолегированного диффузионного слоя 8 n+-типа проводимости, определяемого, например, с помощью термического зонда. Сборку с мезаструктурами на рабочей пластине 1 после отмывки подвергают защите пассивирующим стеклом 11 многокомпонентного состава, наносимым методом электрофоретического осаждения из суспензии порошка С 44-4 с последующим оплавлением при температуре Т=850°С, при этом на вершинах мезаструктур, защищенных пленкой БСС 9, пассивирующее стеклянное покрытие 11 не образуется (см. фиг.4).Further technological operations include applying to the
После вытравливания боросиликатного стекла 9 в "окнах" под омический контакт на вершинах мезаструктур с помощью высокотемпературного термического напыления слоев титана и никеля с последующим гальваническим осаждением слоя золота толщиной 1,5-2,5 мкм создают омический контакт 12 (см. фиг.5).After etching
Затем удаляют пластину-носитель 6 с помощью механической шлифовки и последующего химического травления, которое прекращают после выхода на пленку ФСС 10 образовавшегося в процессе диффузии фосфора. Удаляют пленку ФСС 10 в "буферном" травителе и после отмывки рабочей пластины 1 методом термического напыления наносят по всей площади стороны 4 рабочей пластины 1 омический контакт 13 к слою 8 n+-типа проводимости такой же по составу, как на вершинах мезаструктур. Со стороны мезаструктур с помощью фотолитографии и последующего химического травления удаляют металлизацию с боковой поверхности пассивирующего стеклянного покрытия 11 мезаструктур и разделяют рабочую пластину 1 с мезаструктурами на отдельные кристаллы размером 2,3×2,3 мм2, используя алмазный режущий диск (см. фиг.6).Then, the
Кристаллы (см. фиг.7) отмывают и проводят контроль электрических параметров, которые в конкретном примере реализации имеют следующие значения:The crystals (see Fig. 7) are washed and the electrical parameters are monitored, which in a specific implementation example have the following meanings:
- емкость С (при обратном напряжении Uобр.=100 В) - 2,3÷2,8 пФ;- capacitance C (with reverse voltage U arr. = 100 V) - 2.3 ÷ 2.8 pF;
- накопленный заряд Qнк (при токе 100 mA) - 600÷1000 нКл;- accumulated charge Q nk (at a current of 100 mA) - 600 ÷ 1000 nC;
- пробивное напряжение Uпроб. (при токе 10µкА) - 800÷1000 В.- breakdown voltage U samples. (at current 10µkA) - 800 ÷ 1000 V.
Дальнейшие операции, включающие монтаж кристалла в корпус или в устройство известными методами, не описаны.Further operations, including mounting the chip in a housing or device using known methods, are not described.
Пример реализации второго варианта способа (со шлифованной поверхностью кремниевой рабочей пластины).An example of the implementation of the second variant of the method (with a polished surface of a silicon working plate).
В данном варианте реализации способа рабочую пластину 14 высокоомного кремния v-типа проводимости диаметром 60 мм и толщиной ~380 мкм с удельным сопротивлением ρi=6 кОм·см и временем жизни неосновных носителей 1000 мкс шлифуют с одной стороны 15 на порошке M14, отмывают, наносят жидкий диффузант 16, содержащий ортофосфорную кислоту, на всю шлифованную поверхность стороны 15, плотно контактируют ее с аналогично подшлифованной стороной 18 кремниевой n-типа проводимости пластины-носителя 17 того же диаметра, например КЭС 0,01 (см. фиг.8).In this embodiment of the method, a working
Загружают сборку пластин (рабочая + носитель) в оснастку и помещают в температурную зону печи типа СДОМ, в которой выдерживают сборку при температуре Т=1250°С в течение 24 часов для образования n+-типа проводимости диффузионного слоя 19 глубиной 30±5 мкм с одновременным формированием со стороны 15 рабочей пластины кремния 14 пленки фосфоросиликатного стекла 20 (см. фиг.9).The plate assembly (working + carrier) is loaded into a snap and placed in the temperature zone of an SDOM furnace in which the assembly is held at a temperature of T = 1250 ° C for 24 hours to form an n + type of conductivity of the
После естественного охлаждения сборки в диффузионной печи до комнатной температуры ее извлекают и подвергают двухсторонней (в целях удобства определения оставшейся толщины слоя i-типа проводимости) шлифовке порошком M14 с переходом на шлифпорошок M10 до получения заданной толщины рабочей высокоомной пластины кремния 200±10 мкм. Затем после отмывки сборки от шлифпорошка наносят на всю поверхность шлифованной стороны 21 рабочей пластины 14 жидкий диффузант 22 p-типа проводимости на основе борной кислоты (см. фиг.10).After the assembly is naturally cooled to a room temperature in a diffusion furnace, it is removed and subjected to double-sided (for the convenience of determining the remaining thickness of the i-type conductivity layer) grinding with M14 powder, switching to M10 grinding powder to obtain the specified thickness of the working high-resistance silicon plate 200 ± 10 μm. Then, after washing the assembly from the grinding powder, a p-type
Далее загружают сборку в оснастку, помещают ее в печь типа СДОМ и проводят диффузию бора при температуре Т=1150°С в течение 6 часов для получения слоя 23 p+-типа проводимости глубиной 10-12 мкм с одновременным формированием на поверхности стороны 21 пленки боросиликатного стекла 24 (см. фиг.11).Next, load the assembly into a snap, place it in an SDOM furnace and conduct diffusion of boron at a temperature of T = 1150 ° C for 6 hours to obtain a layer of a 23 p + type conductivity with a depth of 10-12 μm with the simultaneous formation of a borosilicate film on the surface of
После охлаждения печи до комнатной температуры извлекают сборку из оснастки, проводят отмывку, напыляют слой алюминия (не показано) на слой боросиликатного стекла 24 и с помощью последующих операций фотолитографии и травления кремния в травителе 2:9:4=НF:HNO3:СН3СООН формируют со стороны 21 слоя 23 p+-типа проводимости мезаструктуры на глубину до сильнолегированного слоя 19 n+-типа проводимости рабочей пластины 14. После удаления маски из алюминия с вершин мезаструктур проводят электрофоретическое осаждение пассивирующего стекла 25 типа С44-4 на боковую поверхность мезаструктур и обнаженный слой 19 n+-типа проводимости. Толщина покрытия из пассивирующего стекла 25 достигает значений 10÷15 мкм. На вершинах мезаструктур стекло 25 не осаждается, так как они покрыты пленкой БСС 24 толщиной 0,4÷0,6 мкм, образовавшегося в процессе диффузии бора (см. фиг.12).After the furnace is cooled to room temperature, the assembly is removed from the tooling, washing is carried out, an aluminum layer (not shown) is sprayed onto a layer of
Далее используют процессы фотолитографии для вскрытия "окон" под контакт на вершинах мезаструктур, термическое напыление титана и никеля с последующим осаждением гальванического золота толщиной 1,5÷2,5 мкм для формирования с помощью фотолитографии омических контактов 26 на вершинах мезаструктур (см. фиг.13).Next, photolithography processes are used to open “windows” under the contact at the vertices of the mesastructures, thermal deposition of titanium and nickel, followed by deposition of galvanic gold 1.5–2.5 μm thick to form
Затем удаляют кремниевую подложку-носитель 17, например, химическим травлением до выявления пленки фосфорно-силикатного стекла 20, химическим травлением удаляют фосфорно-силикатное стекло 20 и на всей поверхности высоколегированного слоя 19 n+-типа проводимости формируют общий омический контакт 27, аналогичный по составу контактам 26. Слои золота и титана-никеля с боковой поверхности остеклованных мезаструктур после выполнения фотолитографических операций стравливают и разделяют рабочую пластину 14 на отдельные кристаллы с помощью алмазного диска (см. фиг.14).Then, the
Контроль электрических параметров, проведенный на отдельных кристаллах (фиг.15), полученных данным методом, обеспечивают значения:The control of electrical parameters carried out on individual crystals (Fig. 15) obtained by this method, provide values:
- пробивное напряжение Uпроб. при Iобр.≤10 µкА - 800÷1000 В;- breakdown voltage U samples. at I arr. ≤10 µkA - 800 ÷ 1000 V;
- емкость С при обратном напряжении Uобр.=100 В - 2,3÷2,8 пФ;- capacitance C at reverse voltage U arr. = 100 V - 2.3 ÷ 2.8 pF;
- накопленный заряд Qнк при Iпр=100 мА - 800÷1100 нКл.- accumulated charge Q nk at I pr = 100 mA - 800 ÷ 1100 nC.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123343/28A RU2393583C1 (en) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009123343/28A RU2393583C1 (en) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2393583C1 true RU2393583C1 (en) | 2010-06-27 |
Family
ID=42683807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009123343/28A RU2393583C1 (en) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2393583C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622491C1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-06-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Method of manufacturing the limiter module at the counter-switched p-i-n structures |
| RU2797659C2 (en) * | 2020-10-14 | 2023-06-07 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Manufacturing method of silicon diffusion diode |
-
2009
- 2009-06-19 RU RU2009123343/28A patent/RU2393583C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622491C1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-06-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Method of manufacturing the limiter module at the counter-switched p-i-n structures |
| RU2797659C2 (en) * | 2020-10-14 | 2023-06-07 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (АО "НИИПП") | Manufacturing method of silicon diffusion diode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8163630B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| US5654208A (en) | Method for producing a semiconductor device having a semiconductor layer of SiC comprising a masking step | |
| KR100957796B1 (en) | Low Voltage Punchthrough Bidirectional Transient Voltage Suppression Device with Surface Breakdown Protection and Method of Manufacturing the Same | |
| EP0341075B1 (en) | Symmetrical blocking high voltage breakdown semiconductor device and method of fabrication | |
| JP5272299B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| Imthurn et al. | Bonded silicon‐on‐sapphire wafers and devices | |
| US5541140A (en) | Semiconductor arrangement and method for its manufacture | |
| US4338481A (en) | Very thin silicon wafer base solar cell | |
| KR0148500B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP4665429B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| RU2393583C1 (en) | Method of producing p-i-n diode crystals by group method (versions) | |
| US10050133B2 (en) | Application of thin insulating film layer in semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN110071171B (en) | A thyristor chip with overvoltage chopping characteristics and preparation method thereof | |
| US20120167969A1 (en) | Zener Diode Within a Diode Structure Providing Shunt Protection | |
| US5089427A (en) | Semiconductor device and method | |
| JP2006196710A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| CN219979571U (en) | Power transistor with low amplification factor change rate | |
| TWI823610B (en) | Power diode device and method of manufacturing the same | |
| EP4075517A1 (en) | Stucture and method for sic based protection device | |
| US20080242067A1 (en) | Semiconductor substrate and method of manufacture thereof | |
| CN103384910B (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| JP4882214B2 (en) | Reverse blocking insulated gate semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN113161238A (en) | Manufacturing process of gate sensitive type trigger controlled silicon chip with high temperature characteristic | |
| US12170226B2 (en) | Method for separating dies from a semiconductor substrate | |
| CN216015382U (en) | Photovoltaic cell piece and photovoltaic module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200620 |