СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХОПЕРАЦИОННОГО ДИОДНОГО ТИРИСТОРА С ЗАПОРНЫМ СЛОЕМ СО СТОРОНЫ АНОДА И ПРОЗРАЧНЫМ АНОДНЫМ ЭМИТТЕРОМ Российский патент 2003 года по МПК H01L21/332 

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. Оно исходит из способа изготовления двухоперационного диодного тиристора, содержащего запорный слой со стороны анода и прозрачный анодный эмиттер.

Такой способ и изготовленный им двухоперационный диодный тиристор (GTO) уже описан в европейской заявке ЕР 0621640 А1. Под прозрачным анодным эмиттером понимают эмиттерный слой со стороны анода, выполненный так, что значительная доля всего тока покидает анодную металлизацию элемента в виде электронного тока. Этот электронный ток, указываемый в % всего тока, называют прозрачностью эмиттера. Техническое значение имеют анодные эмиттеры с прозрачностью 50% и более. Родовой прозрачный эмиттер получают, например, за счет того, что выбирают глубину слоя 1,2 мкм и вводят примесь методом диффузии в концентрации 10¹⁸ см^-3. Другие прозрачные анодные эмиттеры раскрыты в европейских заявках 0651445 А2 и 0700095 А2.

Вследствие хороших свойств двухоперационных диодных тиристоров с запорным слоем и прозрачным анодным эмиттером требуются все более прозрачные, т. е. менее толстые и менее сильно легированные анодные эмиттеры. Однако все более тонкие и все более слабо легированные анодные эмиттеры приводят к значительным техническим трудностям при изготовлении металлического контакта анодного электрода с анодным эмиттером. При осаждении алюминия на полупроводник кремний растворяется, а при охлаждении снова конденсируется. Это приводит к тому, что на анодный эмиттер сильное воздействие оказывает процесс металлизации. Последующее спекание, обычное у других двухоперационных диодных тиристоров, для снижения сопротивления контакта является практически невозможным.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления двухоперационного диодного тиристора с запорным слоем со стороны анода и прозрачным анодным эмиттером, при котором не возникает описанных выше проблем при изготовлении анодной металлизации.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления двухоперационного диодного тиристира, содержащего запорный слой со стороны анода и прозрачный анодный эмиттер, согласно изобретению на первом этапе получают анодный эмиттер, толщина которого больше 0,5 мкм и меньше 5 мкм, а концентрация примеси которого больше 10¹⁷ и меньше 5•10¹⁸ см^-3, а на втором этапе эффективность анодного эмиттера устанавливают на нужное значение посредством облучения анодного эмиттера протонами или ядрами гелия перед тем, как наносят анодную металлизацию на анодный эмиттер.

В способе согласно изобретению анодный эмиттер облучают дозой облучения 10¹⁰-10¹² см^-2.

Преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что благодаря разделению способа изготовления прозрачного эмиттера на два этапа не возникает проблем при металлизации. Изготовленный на первом этапе эмиттер может быть металлизирован без проблем. Нужная высокая прозрачность может быть затем установлена на втором этапе.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примера выполнения со ссылкой на чертеж, на котором изображен фрагмент двухоперационного диодного тиристора, прозрачный эмиттер которого изготовлен способом согласно изобретению.

На чертеже в разрезе изображен фрагмент двухоперационного диодного тиристора 1. Участки, заштрихованные одинаковыми линиями, обозначают металлизацию. Области, легированные примесью n-типа, заштрихованы попеременно сплошными и прерывистыми линиями. Области, легированные примесью р-типа, заштрихованы двумя параллельными линиями. Чем гуще штриховка, тем сильнее легирована соответствующая область. Двухоперационный диодный тиристор 1 включает в себя определенное число по-разному легированных полупроводниковых слоев. Поз. 2 обозначен легированный преимущественно примесью р-типа анодный эмиттер. Затем следует легированный примесью n-типа запорный слой 3 и слабее легированная примесью n-типа n-база 4. Поз. 5 обозначена р-база, к которой примыкает немного сильнее легированная примесью р-типа область 6 управляющего электрода. Поз.7 обозначен катодный эмиттер или катодный палец. Катодный эмиттер 7 может быть выполнен, как показано, выпуклым или посредством прямой диффузии.

Описанная структура соответствует структуре обычного двухоперационного диодного тиристора. Принцип его действия или способ его изготовления здесь особо не поясняется, поскольку это достаточно известно из упомянутого выше уровня техники. Для изобретения существенным является способ изготовления анодного эмиттера 2. Что касается изготовления двухоперационных диодных тиристоров с как можно большим быстродействием и как можно меньшими потерями, то во взаимосвязи с запорным слоем 3 желателен был бы по возможности более прозрачный эмиттер 2. Это значит, что он должен иметь по возможности меньшую толщину и легирован очень слабо. Это приводит, однако, к проблемам при нанесении металлизации 10 на анодный эмиттер 2.

Эти проблемы могут быть устранены способом изготовления прозрачного эмиттера согласно изобретению за счет того, что прозрачный эмиттер 2 на первом этапе делают толще и легируют сильнее, чем это нужно, а необходимую прозрачность создают на втором этапе посредством установки времени жизни носителей (заряда). Эту установку времени жизни носителей осуществляют преимущественно посредством облучения протонами или ядрами гелия.

Анодный эмиттер 2 может быть изготовлен, например, при следующих воспроизводимых условиях.

Сначала вводят методом диффузии в анодный эмиттер 2 бор в течение 10-15 часов при температуре 1000-1050^oС. За счет этого получают результирующий профиль легирования с максимальной концентрацией примесей около 5•10¹⁷ см^-3 и глубиной проникновения 1-3 мкм. С таким слоем еще возможно спекание наносимой затем анодной металлизации 10. Требуемую слабую эффективность анодного эмиттера, т.е. высокую прозрачность, обеспечивают на втором этапе перед нанесением металлизации 10 посредством установки времени жизни носителей. Для этого преимущественно облучение протонами или гелием производят на глубину, которая больше вышеупомянутой глубины проникновения анодного эмиттера, но меньше глубины проникновения запорного слоя 3 (например, 50 мкм). Подходящие дозы облучения составляют 10¹⁰-10¹² частиц на 1 см².

Двухступенчатый способ изготовления согласно изобретению позволяет реализовать прозрачный анодный эмиттер, который, несмотря на свою высокую прозрачность, может быть металлизирован без проблем. Благодаря этому результирующий двухоперационный диодный тиристор можно еще больше оптимизировать в отношении потерь пропускания и коммутационной характеристики, не ухудшая этим других нужных свойств.

Перечень ссылочных позиций
1 - двухоперационный диодный тиристор, GTO
2 - анодный эмиттер
3 - запорный слой
4 - n-база
5 - р-база
6 - область управляющего электрода
7 - катодный эмиттер
8 - металлизация управляющего электрода
9 - катодная металлизация
10- анодная металлизацияй

Для изготовления высокопрозрачного анодного эмиттера (2) в двухпозиционном тиристоре (1) предложен двухступенчатый способ. На первом этапе вводят примесь методом диффузии в анодный эмиттер (2), толщина которого больше 0,5 и меньше 5 мкм, а концентрация примесей больше 10¹⁷ и меньше 5•10¹⁸ см^-3. Эффективность анодного эмиттера (2) уменьшают затем на втором этапе до нужного значения посредством облучения его протонами или ядрами гелия перед нанесением анодной металлизации на анодный эмиттер. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления двухоперационного диодного тиристора (1), содержащего запорный слой (3) со стороны анода и прозрачный анодный эмиттер (2), отличающийся тем, что на первом этапе получают анодный эмиттер (2), толщина которого больше 0,5 и меньше 5 мкм, а концентрация примеси которого больше 10¹⁷ и меньше 5•10¹⁸ см^-3, а на втором этапе эффективность анодного эмиттера (2) устанавливают на нужное значение посредством облучения анодного эмиттера (2) протонами или ядрами гелия перед тем, как наносят анодную металлизацию (10) на анодный эмиттер (2). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что анодный эмиттер (2) облучают дозой облучения 10¹⁰-10¹² см^-2.