СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1995 года по МПК H01L21/18 

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления высоковольтных кремниевых приборов и способам защиты p-n-переходов от влияния внешних зарядов.

Цель изобретения - улучшение электрических характеристик приборов и повышение выхода годных за счет исключения взаимодействия электродов с пассивирующей пленкой поликремния, увеличения прочности соединения внешних выводов с контактными площадками и увеличения плотности компоновки приборов.

Фиг. 1 отображает процесс формирования на лицевой стороне исходной кремниевой n^-n⁺-подложки 1 защитного слоя двуокиси кремния 2, а также создание p⁺-шунтов 3 в активной области приборных структур и делительных p⁺-колец 4 на их периферии. Формирование p-канальных областей 5 и n⁺-истоковых областей 7 в активной зоне приборных структур на лицевой стороне исходной n^-n⁺-подложки 1 и геттерирующего n⁺⁺-слоя 6 на ее тыльной стороне иллюстрирует фиг. 2. Фиг.3 отображает процессы вытравливания трапецеидальных канавок 8, создание изолятора 9 затвора и вскрытие контактных окон 10 над p⁺-шунтами 3 и n⁺-истоковыми областями 7 в активной зоне приборных структур. Нанесение на лицевую сторону подложки 1 слоя алюминия, формирование из него методом фотолитографии электродов 11 затвора и электродов 12 истока, а также осаждение на лицевую сторону подложки низкотемпературного пиролитического окисла 13 иллюстрирует фиг.4. Фиг.5 поясняет процессы удаления пиролитического и защитного окислов с периферии приборных структур (с элементов краевой защиты стокового p-n-перехода), напыление на лицевую сторону подложки тонкого слоя 14 полуизолирующего поликремния, термообработки приборных структур с пассивирующим покрытием, сошлифовки с тыльной стороны подложки части 15 n⁺-слоя и создание на ней стокового омического контакта 16, присоединение внешних алюминиевых выводов 17 и 18 истока и затвора к контактным площадкам истока и затвора.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают мощные высоковольтные переключательные МДП-транзисторы типа 2П701. Для создания приборных структур используют комплект фотошаблонов Ш-7616, а в качестве исходных подложек - эпитаксиальные структуры кремния марки 60 .

Формируют на лицевой стороне подложки защитный слой SiO₂ толщиной 1-1,2 мкм термическим окислением кремния при температуре 1100^оС в атмосфере сухого кислорода (15 мин) и паров воды (60 мин).

Создают p⁺-шунты в активной области приборных структур и семь делительных p⁺-колец на их периферии концы выполняют функции элементов краевой защиты обратносмещенного p-n-перехода стока глубиной 8-9 мкм посредством загонки бора из твердотельного источника (пластины нитрида бора) в предварительно вскрытые в защитном окисле окна при 925^оС в среде аргона и последующей разгонки примеси при 1200^оС в сухом кислороде (90 мин) и парах воды (40 мин).

Формируют p-канальнные области глубиной 3,2-3,5 мкм и поверхностным сопротивлением R_s= 700-800 Ом/□ в активной зоне приборных структур путем внедрения ионов бора с энергией Е=100 кэВ и дозой Д=6,5 мкКул/см²в кремниевую n^-n⁺-подложку с ее лицевой стороны и последующей разгонки примеси вначале при 1200^оС в течение 55 мин в атмосфере сухого кислорода, а затем при 1000^оС в течение 90 мин в парах воды.

Создают геттерирующий слой на тыльной стороне подложки загонкой в кремниевую подложку фосфора при 1050^оС в течение 30 мин в среде Ar и последующего отжига пластины при 1000^оС в парах воды (20 мин).

Формируют истоковые n⁺-области в активной зоне приборных структур глубиной 0,8-1 мкм, с поверхностным сопротивлением R_s=20-30 Ом/□посредством внедрения в кремниевую подложку с лицевой стороны ионов мышьяка с Е=20 кэВ и Д= 1500 мкКул/см² и последующей разгонки внедренной примеси при 1000^оС в сухом кислороде (10 мин) и парах воды (40 мин).

Проводят анизотропное травление кремния в щелочном растворе КОН+ИПС+H₂O (где ИПС-изопропиловый спирт) при температуре кипения 82,5^оС для образования в активной зоне приборных структур трапецеидальных канавок глубиной 4,5-5 мкм.

Создают изолятор затвора толщиной 0,18-0,22 мкм на боковых стенках трапецеидальных канавок термическим окислением кремния при 1000^оС в атмосфере сухого кислорода (40 мин) и паров воды (17 мин) с последующей пассивацией изолятора фосфорносиликатным стеклом и покрытием лицевой стороны подложки слоем магнетронного молибдена толщиной 0,1 мкм.

Вскрывают в молибдене и нижележащем слое двуокиси кремния контактные окна над истоковыми n⁺-областями.

Наносят на лицевую сторону подложки слой алюминия толщиной 0,8-1 мкм и формируют из него фотолитографией электроды истока и затвора и их контактные площадки для присоединения внешних выводов.

Осаждают на лицевую сторону подложки слой пиролитического окисла толщиной 0,8 мкм посредством окисления моносилина при 350^оС с использованием установки УНДП-2 или Э9Р-100.

Удаляют пиролитический и защитный окисел фотолитографией с элементов краевой защиты стокового p-n-перехода (делительных колец) приборных структур.

Напыляют на лицевую сторону подложки, нагретой до 100^оС слой полуизолирующего поликремния толщиной порядка 600 А в нейтральной среде на установке вакуумного распыления УВН-2М-2 с использованием кремниевой мишени КЭФ4,5 и проводят термообработку приборных структур с пассивирующим покрытием при 450^оС (на 50^оС ниже температуры растворения поликремния в алюминии) в среде аргона в течение 20 мин.

Удаляют поликремний и нижележащий низкотемпературный пиролитический окисел с контактных площадок электродов истока и затвора.

Утоняют приборные структуры до толщины 120-150 мкм посредством сошлифовки части полупроводникового материала с тыльной стороны подложки. Проводят контроль вольт-амперных характеристик приборных структур на пластине. Осуществляют напайку годных по электрическим параметрам кристаллов на фланец металлокерамического корпуса КТ-57. Проводят ультразвуковую приварку проволочных алюминиевых выводов диаметром 80 мкм к контактным площадкам истока и затвора и к соответствующим выводам корпуса (функции стока приборных структур выполняет нижний высоколегированный n⁺-слой подложки, который электрически соединен с плоским фланцем корпуса при напайке кристалла на фланец с помощью золотой прокладки толщиной 20 мкм). Транзистор герметизируют керамической крышкой. В результате создают мощные МДП-транзисторы, состоящие из трех включенных параллельно кристаллов (размер каждого кристалла 5,5х2,3 мм²), с суммарной протяженностью канала W=90 см толщиной электродов истока и затвора ≈0,8-1 мкм, эффективной длиной канала 2,9-3,1 мкм, глубиной n⁺-областей (истоковых), контактирующих с алюминиевыми электродами порядка 0,8-1 мкм.

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, а именно к технологии изготовления высоковольтных кремниевых приборов и способам защиты p-n-переходов от влияния внешних зарядов. Цель изобретения - улучшение электрических характеристик приборов и повышение выхода годных за счет исключения взаимодействия электродов с пассивирующей пленкой поликремния, увеличения прочности соединения внешних выводов с контактными площадками и увеличения плотности компоновки приборов. Для этого при изготовлении полупроводниковых приборов после формирования в кремниевой подложке p-n-перехода с элементами краевой защиты, например, с охранными диффузионными кольцами и создания электродов с контактными площадками осаждают маскирующую пленку окисла кремния при температуре подложки 400°С, затем вскрывают поверхности подложки над элементами краевой защиты, наносят пленку полуизолирующего поликремния, вскрывают контактные площадки, проводят термообработку при 400-450°С и осуществляют присоединение внешних выводов к контактным площадкам. Предотвращение взаимодействия между пассивирующей пленкой поликремния и металлизацией устраняет эффекты повышения сопротивления электродов и обеспечивают повышенную прочность соединения внешних выводов с контактными площадками. Температурные режимы процесса изготовления прибора устраняют проплавление кремния алюминиевой металлизацией в областях контактов, что позволяет уменьшить размеры элементов приборов. 5 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПРИБОРОВ, включающий формирование в кремниевой подложке p-n-перехода с элементами краевой защиты от пробоя, формирование защитной пленки окисла кремния, алюминиевых электродов с контактными площадками, удаление защитной пленки окисла кремния с поверхности элементов краевой защиты, нанесение пассивирующей пленки поликремния, содержащей кислород, термообработку и присоединение к контактным площадкам внешних выводов, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических характеристик приборов и повышения выхода годных за счет исключения взаимодействия электродов с пассивирующей пленкой поликремния, увеличения прочности соединения внешних выводов с контактными площадками и увеличения плотности компановки приборов, после формирования алюминиевых электродов с контактными площадками проводят пиролитическое осаждение маскирующей пленки окисла кремния при температуре подложки менее 400^oС, затем с поверхности элементов краевой защиты удаляют защитную и маскирующую пленки окисла кремния, наносят пассивирующую пленку поликремния, содержащую кислород, удаляют ее и маскирующую пленку окисла кремния с контактных площадок, затем проводят термообработку при 400 - 450^oС и осуществляют присоединение к контактным площадкам внешних выводов.