СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДОВ ШОТТКИ Российский патент 2019 года по МПК H01L29/872 

Способ изготовления кремниевых диодов Шоттки

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении кремниевых диодов Шоттки на основе барьера платина-никель.

Известны способы изготовления диодов Шоттки на кремнии, включающие нанесение в окна окисла на поверхности кремниевых полупроводниковых пластин слоя платины, термообработку полученной структуры для образования силицидов платины, удаления остатков слоя платины, не прореагировавших с кремнием, нанесение барьерного слоя, нанесение слоя металлизации на рабочую сторону пластин и формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластин и нанесение металлизации на обратную сторону пластин (см. патент США №5,888,891 класс.H01L 29/872, патент США №4,408,216 класс.H01L 29/48, патент Беларуси №15214 класс.H01L 29/47).

В качестве барьерного слоя, который препятствует образованию силицидов из материала металлизации анода диода, например из алюминия, используют молибден, ванадий, титан.

В качестве металлизации анода диода на рабочей стороне используют алюминий, золото, системы алюминий-никель-серебро. Наиболее широко в промышленности используют барьерный слой молибдена, ванадия и металлизацию из алюминия, т.к. формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластины могут быть созданы в одном процессе травления.

Металлизация катода диода наносится на обратную сторону пластин и обычно состоит из пленок золота, либо многослойных систем типа титан-никель-серебро, титан-никель-золото, хром-никель-золото, которая легко паяется твердыми и мягкими припоями.

Основным недостатком этих способов является то, что высота барьера силицида платины-кремний составляет 0,78 эВ, что увеличивает падение напряжения в открытом диоде Шоттки до величин порядка 0,63-0,65 В и снижает к.п.д., особенно низковольтовых источников питания.

Указанный недостаток частично устранен в способе изготовления кремниевых диодов Шоттки на кремнии, включающий нанесение в окна окисла на поверхности кремниевых полупроводниковых пластин слоя платины, слоя никеля, термообработку полученной структуры для образования силицидов платины и никеля, удаления остатков слоя платины и никеля не прореагировавших с кремнием, нанесение барьерного слоя, нанесение слоя металлизации на рабочую сторону пластин и формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластин и нанесение металлизации на обратную сторону пластин (см. статью «Effect of Pt addition on Ni silicide formation at low temperature: Growth, redistribution, and solubility», K. Hoummada, C. Perrin-Pellegrino, D. Mangelinck, в журнале «Journal of Applied Physics 106», 2009, 063511).

Никель применяют для защиты платины при термообработке для формирования силицидов, а также он участвует в формировании силицида никеля, который снижает высоту барьера контакта Шоттки. В промышленности применяют несколько способов нанесения платины и никеля: например с помощью магнетронного распыления никель-платиновой мишени, содержащей 5-10% платины, либо с помощью магнетронного распыления последовательного нанесения слоев платины и слоя никеля. Последовательное нанесение слоев платины и никеля предпочтительнее, так как оно позволяет управлять высотой барьера контакта Шоттки в пределах 0,7-0,84 эВ. Термообработку проводят в одну или две стадии. Термообработку в одну стадию проводят при температуре 470-550°С. При двух стадийной обработке первая стадия проводится при 240-450°С, вторая стадия проводится при 550°С. Время первой стадии отжига составляет от 90-240 мин, второй стадии - п30 мин.

В промышленности в основном применяют одностадийную термообработку в пределах 490-520°С.

При изготовлении диодов Шоттки по вышеуказанному способу высота барьера из-за наличия силицида никеля снижается до величины 0,70-0,72 эВ и падение напряжения на диоде снижается до величины 0,55-0,57 В, что в ряде случаев оказывается недостаточным.

Так как при термообрабтке на границе зерен силицида никеля накапливается платина, то снизить высоту барьера контакта Шоттки меньше чем 0,70 эВ нельзя, причем количество стадии и последовательность термообработки на высоту барьера контакта Шоттки не влияют (см. статью «Leakage Reduction by Thermal Annealing of NiPtSi Silicided Junctions and Anomalous Grain-Incompatible Pt Network» Masakatsu Tsuchiaki and Akira Nishiyama, в журнале «Japanese Journal of Applied Physics», 2010, 04DA01).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение диапазона регулирования высоты барьера контакта Шоттки.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, в предлагаемом способе изготовления кремниевых диодов Шоттки, включающем нанесение в окна окисла на поверхности кремниевых полупроводниковых пластин слоя платины, слоя никеля, термообработки полученной структуры для образования силицидов платины и никеля, удаления остатков слоя платины и никеля, не прореагировавших с кремнием; нанесение барьерного слоя, нанесение слоя металлизации на рабочую сторону пластин и формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластин и нанесение металлизации на обратную сторону пластин, отличающийся тем, что термообработку проводят путем облучения фотонами света перпендикулярно рабочей поверхности пластин в вакууме с давлением не более 1300 Па, при температуре 470±5°С, в течение 5-15 минут.

Термообработка путем облучения фотонами света перпендикулярно рабочей поверхности ускоряет достижение необходимой температуры для образования силицидов и не позволяет накапливаться платине на границе зерен силицида никеля.

Применение вакуума с давлением меньше 1300 Па позволяет исключить окисление платины и увеличение обратных токов. При времени термообработки меньше 5 минут воспроизводимость высоты барьера контакта Шоттки из-за повышения коэффициента неидеальности контакта резко ухудшается, а при термообработке более 15 минут высота барьера становится равной 0,7 эВ и более.

Сущность изобретения поясняется фигурами.

На фиг. 1, 2, 3 поясняются этапы осуществления предполагаемого изобретения: Позициями на фиг. 1, 2, 3 обозначены:

1 - кремниевая подложка

2 - эпитаксиальный слой

3 - охранное р-кольцо

4 - слой оксида кремния

5 - слой платины

6 - слой никеля

7 - поток фотонов

8 - силицид платины и никеля

9 - молибден

10 - алюминий

11 - металлизация катода диода (золото).

По предлагаемому способу был изготовлен диод Шоттки типа 2ДШ2163Б-5.

На кремниевой монокристаллической подложке 1 n-типа проводимости с удельным сопротивлением 0,003 Ом*см и толщиной 420 мкм (кристаллографическая ориентация подложки [111]) выращен эпитаксиальный n-слой 2 с удельным сопротивлением 0.8 Ом*см толщиной 7 мкм. На эпитаксиальном слое пирогенным методом осаждается пленка оксида кремния 4 толщиной 0,4-0,6 мкм. Внутри эпитаксиального слоя с помощью фотолитографии и ионного легирования создается Охранное р-кольцо 3, в окисле формируются контактные окна для диода Шоттки. Магнетронным методом напыляется слой платины 5 до толщины 10 нм и слой никеля 6 до толщины 300 нм. Далее проводится фотонная обработка платины и никеля в вакуумной печи OTF 1200-Х при следующих режимах:

предварительный вакуум ≤1300 Па;

время отжига: 5-15 минут;

температура отжига: 465-475°С.

Причем фотонная обработка осуществляется посредством освещения пластины галогенными лампами, лучи от которой падают на рабочую сторону пластины перпендикулярно ее поверхности.

Остатки платины и никеля стравливаются в царской водке при Т=75±5°С. Силицид платины и никеля 8 остается в рабочей зоне контакта диода Шоттки. Далее магнетронным методом выполняется напыление молибдена 9 до толщины 0.3 мкм и электронным лучом алюминия 10 до толщины 5 мкм. Затем на обратной стороне формируют металлизацию катода диода 11, напыляя слой золота (навеска 60 мг на 1 пластину) и проводя его термообработку при Т=400°С в азоте.

В таблице №1 приведены сравнительные результаты изготовления диодов 2ДШ2163Б-5 в различных режимах обработки. Нормы отбраковки по U_ост≤0,48 В на токе 3А, нормы отбраковки по I_обр≤80 мкА при напряжении 50 В.

Как видно из таблицы, в режимах 3, 4 и 5 получаются годные изделия.

Заявленный способ изготовления кремниевых диодов Шоттки относится к области микроэлектроники и может быть использован при изготовлении кремниевых диодов Шоттки на основе барьера платина-никель. Сущность: способ изготовления кремниевых диодов Шоттки включает нанесение в окна окисла на поверхности кремниевых полупроводниковых пластин слоя платины, слоя никеля, термообработку полученной структуры для образования силицидов платины и никеля, удаление остатков слоя платины и никеля, не прореагировавших с кремнием, нанесение барьерного слоя, нанесение слоя металлизации на рабочую сторону пластин и формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластин и нанесение металлизации на обратную сторону пластин, отличающийся тем, что термообработку проводят путем облучения фотонами света перпендикулярно рабочей поверхности пластин в вакууме с давлением не более 1300 Па при температуре 470±5°С в течение 5-15 минут. Технический результат заключается в повышении диапазона регулирования высоты барьера контакта Шоттки. 3 ил., 1 табл.

Способ изготовления кремниевых диодов Шоттки, включающий нанесение в окна окисла на поверхности кремниевых полупроводниковых пластин слоя платины, слоя никеля, термообработку полученной структуры для образования силицидов платины и никеля, удаление остатков слоя платины и никеля, не прореагировавших с кремнием, нанесение барьерного слоя, нанесение слоя металлизации на рабочую сторону пластин и формирование топологии металлизации на рабочей стороне пластин и нанесение металлизации на обратную сторону пластин, отличающийся тем, что термообработку проводят путем облучения фотонами света перпендикулярно рабочей поверхности пластин в вакууме с давлением не более 1300 Па при температуре 470±5°С в течение 5-15 минут.