Способ изготовления биполярных транзисторов Советский патент 1993 года по МПК H01L21/263 

(46) 23.05.93. Бюл. К 19 (21) 4367394/25 (22) 21.01.88

(70 Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им, А.Н.Севченко (72) НЖГолубев, З.И.Гутько, А.В.Латышев, В.М.Ломако и Ю.М.Про- хоцкий.

з4

(5б) Патент США V 3935033, кл. 148-15, 1976.

Патент США V №68411, кл. 427/8. 1984.

( СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

(57) Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, а именно к радиационио-тер- мическим способам изготовления биполярных транзисторов. Цель изобретения w повышение радиационной стойкоети -k -«тонизирующему гамма-облучению, В исходйой кремниевой пластине формируют базовую и эмиттерную области. Создают пассивирующее покрытие, формируют металлизацию и проводят вжига- ние контактов. Далее осуществляют операции скрайбирования и ломки пластин на кристаллы, посадку кристаллов на кристаллодернгатель, разварку выводов. Затем транзисторы подвергают радиационной обработке -у -квантами флю- енсами 1 -10 1f-$-10 квант/см2. После этого на поверхность транзисторов капельным методом наносят полиамидо- .кислоту. Далее проводят первую стадию полимеризации при 100-150°С в течение мин. Затем проводят вторую стадию полимеризации при 200-2 0°С в течение 60-180 мин. После этого осуществляют отжиг радиационных дефектов. 1 табл.

с:

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых Приборов, а именно к радиационно-термимес- ким способам изготовления биполярных транзисторов.

Цель изобретения - повышение радиационной стойкости к ионизирующему га мма -обл уч е ни ю.

„Пример 1. В качестве исходных используют эпитаксиальные кремниевые структуры типа

7, 6КЭФ-1А§

380К7С:0,0Т

На первой операции пластины окисляют до получения на поверхности слоя SiOa толщиной а 0,7 мкм.

Стандартными операциями фотолитографии и травления вскрывают окна в слое SiOa, в которые последовательно проводят диффузию примесей бора и фосфора, формирующих защитное кольцо, базовую и эмиттерную области вер,тикального n-p-n-транзистора. Глубина залегания коллекторного р-п-пе- рехода составляет 2,7 мкм, толщина активной базы 540,8-0,9 мкм (максимальная концентрация примесей бора в области базы «2 -10 17 .

С помощью фотолитографии вскрывают контактные окна над базовой и эмит- терной областями и снимают окисел с

,обратной стороны сияьнолегированной

О

«о.

подножки, в окнах и на обратном стороне подложки формируют двухслойную металлизацию из алюминия (юлщиной

1 мкм) с подслоем ванадия (« 300 00 А), вжигание металлизации производят при i70°C в течение 3D мин. Далее осуществляют операции скрайбиро- вания и ломки пластин на кристаллы, пйсадку кристаллов на кристаллодержа- тель, разварку выводов,

На следующей операции транзисторы подвергают радиационной обработке флюенсом Ф0 2 «10м квант/см2 в камере изотопной установки МРХ у-25И (интенсивность потока у «квантов ff 650 Р/с) , Далее на поверхности кристаллой транзисторов создают полимерное покрытие из полиимида толщиной 100-1 П) мкм. Для этого транзисторы без герметизирующих крышек помещают в кассету и на поверхность капельным методом наносят жидкую полиамидокис- лоту (25%-ный раствор полипиромеллит- имида в диметилформамиде) , Затем кассету с транзисторами помещают в термостат, осуществляют продувку сухим азотом (расход 50 я/ч) и выдерживают При температуре Т, 1ПО°С в течение 120 мин, затем температуру повышают до 220°С и териообрабатывают транзисторы в течение 120 мин. Отжиг радиационных дефектов (РД) осуществляют при 280°С в течение 20 мин.

П р и м е р 2, Проводят, как пример 1, за исключением того, ч го флю енс облучения -у-квзнтами устанавливают равным 1 -10 1S квант/см2,

П р и м е р 3. Проводят, как пример 1, за исключением тог.о, что флю енс облучения -у | вантг(МИ устанавли™ вают равным 5-10 квант/см2.

Пример. Проводят, как пример 1, за исключением того что вто рую стадию полимеризации проводят при 200°С в течение 180 мин

Пример 5. Проводят, как пример 1, за исключением того, что вторую стадию полимеризации проводят при в течение 60 мин

BJтаблице представлены результаты экспериментального испытания транзисторов на «радиационную стойкость, изготовленных по предлагаемому способу по способу, принятому за прототип, и транзисторов без полимерного по- крытип.

Облучение проводилось на изотопно установке М (при интенсивности потока облучения 650 Р/с, температуре облучения О°С) , Контролировались следующие параметры: коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером , обратный ток перехода коллектор - база (при разомкнутом выводе эмиттера), напряжение пробоя U КЕ (Тро6 коллекторного п р-пе- рехода.

Обозначения в таблице следующие: Ь,(э и 1 HKffe - исходные значения параметров после присоединения выводов; (квант/см2) - флюенс -у-квантов при радиационной обработке транзисторов перед нанесением полиимида, Та(°С) и 1г (мин) - температура и время проведения операции имидизации полиимида, Т3 ( С) -и t3 (мин).- температура и время отжига радиационных дефектов, введенных при облучении флюенсом Ф-, , 1°К50 - значения параметров после проведения всех технологических операций.

При испытаниях радиационной стойкости определялись максимальная скорость деградации К„ коэффициента усиления при облучении

v ЬглСФ-.) э( h - ,

где Ь219 (},), ,) - значения коэффициентов усиления при потоках облучения Фл и Ф7 ( Ф Ф,), а также величина относительного изменения коэффициента после облучения фиксироw4

П 113

ванным потоком

л- (1 - el--). Для

119

определения значения & выбран поток j 1 -1016 квант/см2.

Из представленных в таблице дан- |НЫх следует, что формирование на по- верхности транзисторов полиимидного покрытия по предлагаемому способу снижает скорость деградации параметра h г1 э при облучении у-квантами, по сравнению с транзисторами, изготовленными по- известному способу, или транзисторами без полиими/зкого покрытия 3 но прошедших операций облучения у-квантами и отжига.

Как видно из данных, представленных в таблице, после нанесения полиимидного покрытия по предлагаемому способу на исходные транзисторы наблюдалось уменьшение I |сео почти на порядок, в то время как для транзис- торов, изготовленных по прототипу,- в раза. Такие же закономерности

были характерны и для величины 19fo. По параметрам lkSe и I эУв транзисторы были радиационно стойкими в интервале флюенса до 2 1Qft квант/см2, где наблюдалось быстрое изменение параметра h,j. Величины U „&. „ После нанесения полиимида или не изменялись или увеличивались на 20-302;.

Исследование долговременной стабильности электрических параметров транзисторов, герметизированных в корпус, проводилось после старения при повышенных температурах (хранение в течение 500 ч при ). Деградации электрических свойств и повышенного процента отказов по сравнению с транзисторами без полимерного покрытия не обнаружено,

Исследование термоударов на качество транзисторов (при скорости изменения температуры 6°С/с в диапазоне от -20 до +125°C) показало, что процент отказов на транзисторах по предлагаемому способу составлял 0, а по прототипу - 1,2-1,3% и был эна- чительно ниже, чем на транзисторах без полимерного покрытия (2,2-2,3%).

Предлагаемый способ изготовления транзисторов по сравнению с существующими способами позволит повысить радиационную стойкость транзисторов по параметру Ъг,3 без ухудшения ис0

5

0

5

0

ходного значения, уменьцмть теки утечки обратносмещенных р-л-переходпв за счет улучшения качества изоляции, повысить устойчивость к внешним факторам.

Формула изобретения

Способ изготовления биполярных транзисторов, включающий формирование базовой и эмиттерной областей в кремниевой пластине, создание пассивирующего покрытия, металлизацию и вжигание контактов, скрайбирование, посадку кристалла на кристаллодержа- тель, присоединение выводов, нанесение на пленарную сторону жидкого полиимида, полимеризацию путем двухста- дийной термообработки с дегидратацией, отличающийся ем, что, с целью повышения радиационной стойкости к ионизирующему гамма-облучению, перед операцией нанесения на пленарную поверхность жидкого полиимида проводят радиационную обработку структур путем облучения j-квантами флюенсами 1 -10 15-5 10 квант/ /см2, вторую стадию термообработки осуществляют при температуре 200- в течение 60-180 мин, после чего проводят отжиг радиационных дефектов.

Не проводилось

Продолжение таблицы