Способ изготовления силового запираемого тиристора Советский патент 1993 года по МПК H01L21/332 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления силовых запираемых тиристо- ров, и может быть использовано также для изготовления силовых биполярных транзисторов и комбинированно выключаемых ти- ристоров, т.е. приборов, выключение которых из проводящего состояния осуществляется приложением к управляющему электроду потенциала, смещающего дискретные эмитгерные переходы в обратном направлении.

Целью изобретения является повышение максимального запираемого тока силовых запираемых тиристоров за счет повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости изготовления.

Данная цель достигается тем, что в спо- собе изготовления силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттёрными р-п+-пе- реходами на выступах меза-рельефа, включающем диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы, селективную диффузию донорных примесей для создания дискретных эмиттерных р-п+-пе- реходов, селективное травление кремниевой пластины для -создания меза-рельефа, диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадии, вначале для создания слаболегиро-, ванной, затем сильнолегированной области, а селективное травление кремниевой

со.

о

N

ON О СО

СО

пластины выполняют перед второй стадией диффузии акцепторных примесей.

Таким образом, предлагаемый способ имеет иную последовательность выполнения технологических процессов: сначала диффузию акцепторных примесей для создания слаболегированной области управляемой р-базы (первая стадия диффузии акцепторных примесей), затем селективное травление кремниевой пластины для создания меза-рельефа в управляемой р-базе и диффузию акцепторных примесей для создания сильнолегированной области управляемой р-базы (вторая стадия диффузии акцепторных примесей).

В предлагаемом способе за счет того, что вторую стадию диффузии акцепторных примесей проводят после селективного травления кремниевой пластины, достига- ют повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы. Это обеспечивает снижение входных сопротивлений дискретных эмит- терных ячеек RBx. Высокое совершенство современных диффузионных процессов обеспечивает также малый разброс значений RBX. Исключение селективного травления после второй стадии диффузии позволяет сохранить малые значения RBX и малый разброс значений RBx. Та ким образом, в предлагаемом способе без увеличения трудоемкости изготовления тиристора удается достигнуть повышения запираемого тока на 10-15%.

На фиг. 1-4 показана технологическая схема изготовления полупроводниковой структуры силового запираемого тиристора по предлагаемому способу; на фиг.5 - готовая полупроводниковая структура, изготовленная по предлагаемому способу.

Технологическая схема изготовления силового запираемого тиристора по предлагаемому способу предусматривает выполнение процессов в следующей последовательности:

в кремниевую пластину 1 проводят первую стадию диффузии акцепторных примесей для создания слаболегированной области 2 управляемой р-базы (фиг.1);

осуществляют селективное травление кремниевой пластины со стороны управляемой р-базы, создавая меза-рельефсо впадинами 3 и выступами 4 (фиг.2);

проводят вторую стадию диффузии акцепторных примесей в кремниевую пластину со стороны меза-рельефа, создавая сильнолегированную область 5 управляемой р-базы (фиг.З);

проводят селективную диффузию до- норных примесей, создавая дискретные

эмиттерные п+-слои 6 и р-п -переходы 7 на выступах меза-рельефа (фиг.4).

На фиг.5 представлена готовая полупроводниковая структура, изготовленная по

предлагаемому способу, со слоями металлизации 8 и 9 управляемой р-базы и дискретных эмиттерных п+-слоев, пассивирующей диэлектрической пленкой 10 на границах эмиттерных р-п+- переходов и изолирующей

пленкой 11 на слое металлизации управляемой р-базы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить низкие значения входных сопротивлений дискретных эмиттерных ячеек RBx и малый разброс этих со- противлений, так как диффузию акцепторных примесей проводят после создания меза-рельефа и приповерхностные слои управляемой р-базы не подвергают последующему травлению.

Способ позволяет получить более высокую концентрацию акцепторных примесей и более высокую однородность распределения примеси по рельефу, что ведет к повышению значений максимально запираемого тока силового тиристора без увеличения трудоемкости его изготовления и себестоимости за счет исключения дополнительных процессов, связанных с делегированием акцепторными примесями подконтактной и. приконтактной поверхностей меза-рельефа в управляемой р-базе.

Данный способ использован при изготовлении опытных образцов запираемых тиристоров на основе кремниевых структур диаметром 40 и 56 мм, содержащих по 336 и 550 дискретных эмиттерных р-п+-перехо- дов соответственно.

Сначала в исходные полированные пластины кремния проводили диффузию алюминия при 1250°С в течение 15-18 ч. Поверхностная концентрация алюминия 5 1016 , глубина диффузии около 70-80 мкм.

Затем проводили травление в управляемой р-базе меза-рельефа со впадинами глубиной 20-25 мкм с использованием тра- вителя НР:НМОз:СНзСООН 1:4:9. После этого в кремниевые пластины для создания

сильнолегированной области управляемой р-базы проводили диффузию Ga при 1250°С в течение 13-15 ч. Глубина диффузии Ga (толщина сильнолегированной области р- базы) 40-45 мкм, поверхностная концентрация Ga около (1-1,5) 101Й . Диффузию донорной примеси (фосфора) для создания дискретных эмиттерных п+-слоев проводили в 2 этапа: загонку при 1150°С в течение 20 мин и разгонку при 1250°С в

течение 24 ч. Глубина диффузии фосфора около 20 мкм, поверхностная концентрация свыше 1020 .

В качестве пассивирующей пленки на границах дискретных эмиттерных р-n -переходов использовали термически выращенную двуокись кремния, а в качестве изолирующей пленки на слое металлизации управляемой р-базы - полиимидную смолу.

Запираемые тиристоры, изготовленные по предлагаемому способу на основе ради- ационно-легированного кремния с удельным сопротивлением около 100 Ом -см, блокировали в закрытом состоянии и обратном направлении напряжения до 2400 и 3000 В соответственно.

Благодаря., использованию предлагаемого способа изготовления без увеличения трудоемкости и себестоимости приборов максимальные запираемые токи изготовленных образцов запираемых тиристоров удается повысить примерно на 10-15%, т.е. примерно на 70-100 А и 100-150 А для тиристоров на основе кремниевых пластин диаметром 40 и 56 мм соответственно.

Формула изобретения Способ изготовления силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттерными

р-п+-переходами на выступах меза-рельефа, включающий диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы. селективйую диффузию донорных примесей для создания дискретных эмиттерных

р-п+-переходов, селективное травление кремниевой пластины для создания меза- рельефа, отличающийся тем, что, с целью повышения максимального запираемого тока за счет повышения концентрации

акцепторных примесей в области меза- рельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости, диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадии, вначале для создания слаболегированной, затем - сильнолегированной областей, а селективное травление кремниев ой пластины выполняют перед второй стадией диффузии акцепторных примесей.

Использование: изготовление силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмит- терными р-п(+)-переходами на выступах меза-рельефа в микроэлектронике. Сущность изобретения: диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадий: первая стадия - для создания слаболегированной, вторая - сильнолегированной области. Селективное травление кремниевой пластины выполняют перед второй стадией диффузии. Способ позволяет повысить запирающий ток тиристора за счет повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости. 5 ил. (Л С

А:

.

s (жг