Способ изготовления полупроводниковых диодов Советский патент 1993 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводникового диода в части получения его полупроводниковой структуры.

Целью данного изобретения является введение контроля расположения области смыкания встречных фронтов травления относительно плоскости р-п перехода на боковой поверхности полупроводниковой структуры диода.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно определяют ширину промежутка для разделения - dmax. при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянна, устанавливают также зависимость скорости травления от ширины промежутка для его ширины меньшей dmax; исходя из глубины залегания п-р перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости р-п перехода, определяют необходимую ширину промежутка, меньшего dmax. После чего на разных сторонах пластины изготавливают соответствующие проме00

SJ

со

Оч XI

ы

жутки, причем в направлении смещения острого участка от р-n перехода изготавливают промежутки с меньшей шириной. Затем проводят 2-стороннее встречное травление пластины.: , Сущность предложения основана на полезном использовании зависимости скорости травления промежутка от его ширины,, что позволяет целенаправленно смещать .область смыкания встречных фронтов трав- ления относительно положения р-n перехода на заданную величину, используя расчетные и экспериментальные зависимости скорости травления рт ширины промежутков./

Указанная зависимость скорости травления промежутков от их ширины обусловлена влиянием гидродинамических условий на удаление продуктов реакции от реакционной зоны. При этом травление характери- зуется предельной шириной промежутка - dmax, .при превышении которой скорость травления в промежутке перестает зави- сить от ширины, т.е. является постоянной. Величина dmax может быть рассчитана при следующих физических предпосылках:

а) движение и перемешивание раствора в щели промежутка прекращаются, когда ширина неподвижного пограничного - а раствора травителя становится соизме- римой с половиной ширины промежутка, т.е.:,

/1/

б) движение и перемещение раствора травителя происходит под действием образующихся газообразных продуктов реакции в результате их всплывания под действием сил Архимеда.

Скорость всплыйания газообразных пузырей в растворе травителя может быть оценена по известной формуле:

/2/

где Dcp - средний диаметр пузыря,

р удельный вес травителя,50 ро удельный вес газообразного продукта,

tj- вязкость травителя. Ширина пограничного неподвижного слоя, обусловленного вязким трением, может быть оценена по известной формуле:

55

7 d/VRe.

/3/

где d - ширина промежутка:

Re - число Рейнольдса, рассчитываемое по формуле:

/4/

где решая совместно (1), (2) и (3) относительно ширины промежутка, получим выражение ДЛЯ dmax:

Jmax

/5/

где принято р ро .

Поскольку средний угол наклона фаски боковой поверхности полупроводниковой структуры диода определяется разностью ширины промежутков, выполненными противолежащими на сторонах пластины, при обычных углах фасок 5 - 30° большая шири- .на промежутков, как правило, превышает

dmax.

Сущность предложения пояснена на фиг.1 -7.

На фиг.1 показан профиль травления кремния через щель промежутка шириной d, где 1 - вытравленная область, 2 - тело кремния, 3 - маскирующий слой золота, h - ширина нависания золота или глубина травления кремния вбок от края промежутка, Xj - глубина травления кремния.

На фиг,2 показан профиль травления промежутков тест-структуры разной ширины, где 1 - di 300 мкм, 2 - d2 - 200 мкм, 3-d3 100 мкм, 4-d4 40 мкм, 5-d5 20 мкм, пунктиром обозначена граница неподвижного пограничного слоя раствора .

На фиг.З показаны профили полупроводниковых структур диода после 2-сторон- него травления пластин при различных соотношениях ширины промежутков на разных сторонах пластины, где пунктиром .обозначена плоскость р-n перехода, на фиг.За - ширина промежутков сверху.и снизу пластины одинаковая, на фиг,36 - ширина промежутков сверху и снизу пластины различная.

На фиг.4 показана зависимость глубины травления кремния от ширины промежутков d при разной длительности процесса травления в травителе НМОз : :HF : НзСООН 6:1 : 3, где 1 - ti 10 мин, 2 -12 25 мин, 3 - ta 40 мин.

На фиг.5 показана зависимость глубины травления кремния Xj от длительности травления т, где кривая 1 соответствует di 20 мкм, 2-d. 100 мкм, 3 - d3 300MKM.

На фиг.7 показана зависимость dmax от угла наклона «оси вращения кассеты с пластиной в процессе травления.

На фиг.8 показана топология рисунка промежутков и кристаллов а -для 6-гранно- го кристалла, б-для 4-угольного кристалла.

На фиг.6 показана гистограмма значений диаметров пузырей газообразных продуктов реакции травления кремния в момент отрыва (при температуре процесса 22°С).

Изобретение было опробовано на участках изготовления кристаллов для диодов типа КД209,2Д106, имеющих разную форму и размеры.

Кристалл Диода КД209 имеет 6-гранную форму, описывающая окружность имеет диаметр 2 мм, кристалл диода 2Д106 имеет квадратную форму.2,3 х 2,3 мм2. Толщина кремниевых пластин для этих диодов долу- скается в пределах от 200 до 240 мкм. Глубину р-п перехода, как правило, на этих кристаллах располагают на расстоянии 90 - 120 мкм от поверхности р+стороны пластины, Такое расположение р-n перехода дик- туется получением оптимального градиента примеси при получении диодов средней и бол;, ой мощности.

После создания р-n перехода путем диффузм - ЕЛЮМИНГ/.Л, бора и фосфора на со- ртветствующие стороны пластины на ее поверхность осаждают никель, Химическое осаждение никеля с отжигом Ьго слоя при температуре 600-700°С в среде водорода повторяют 2-3 раза для получения качест- венного омического контакта, На никелированные пластины, наносят рисунок из слоя фоторезиста с помощью фотолитографического процесса. Слой фоторезиста наносят в местах промежутков между полупровод никовыми структурами диодов. На свобод- .ные от фоторезиста области наносят электрохимическим способом слой золота, толщиной 1-1,5 мкм, который выполняет функции омического контакта и одновре- менно является маскирующим покрытием при травлении промежутков для разделения пластины на кристаллы. Перед травлением промежутков в смеси кислот HNOa: HF : НзСООН 6:1:3 фоторезист удаляют. Травление промежутков ведут до разделения пластины на кристаллы - 20 - 55 мин. В процессе травления пластины диаметром 42 тз мм расположены в специальных фторопластовых кассетах, обеспечивающих зазор пластины со стенками в 1,5 - 2 мм. По зазору происходит пере- мещение раствора и газообразного продукта травления, Кассеты с пластинами располагают в стакане, который вращают

соосно с кассетами и пластинами с частотой 50 - 75 об/мин, При этом ось вращения стакана может иметь наклон - 70 - 80°, что составляет наклону плоскости пластин или кассет-20 - 10°.

Наклонное вращение стакана и кассете пластинами осуществляется с целью выравнивания процесса травления по площади пластины и для контроля момента отрыва газообразных пузырей от поверхности пластины ;

Вращение кассет и пластин в наклонном положении изменяет траекторию движения и всплывания газовых пузырей по зазорам между пластинами и стенками кассет, что можно учесть при расчетах dmax в виде:

„72

9 pDcp J sin a

):

1

где «-угол наклона кассеты или пластины.

Экспериментальная проверка этой зависимости проводилась на основе изменения угла наклона а и измерений диаметра газовых пузырей. Угол наклона устанавливали равным 17°, 30°, 45°. При а- 90° вращение пластин в стакане велось с применением специального-привода (см.фиг,7),

Размеры пузырей измерялись при помощи микроскопа типа МБС-10 установленного над образцом в растворе, На фиг.б построена гистограмма значений диаметров газовых пузырей, измеренных в момент отрыва их от поверхности пластины. Из гистограммы следует, что средний размер пузыря составляет DCp 0,35 Ј 0.05 мм.

Подставлял полученное значение DCp ш 0,35 мм, а также значение вязкости / 1,0 , Нс/м2, р 103кг/м3, при и 17° sin 17° 0,29 в последнюю формулу, имеем:

72. 9,8

10

0,29 х 0,352

0,206 мм.

Экспериментальное значение dmax определялось по зависимости скорости травления от ширины промежутков d. Разная ширина промежутков изготавливалась с помощью специальной структуры (фиг,2), рисунок которой содержал щели-промежутки разной ширины - от 20 до 300 мкм. Маскирующие участки этой структуры выполнялись из слоя золота, выполненного по технологии изготовления диодов. Травление щелей структуры проводились разное время. Затем при помощи шлифов профией травленных щелей определяли глубину равления при каждой длительности травения и по измеренным данным строились графические зависимости глубины травления от ширины щели и длительности травления, см. фиг.4, фиг.5.

По моменту насыщения зависимости глубины травления X от ширины d можно определить dmax, см. фиг.4. Так для кривых 1,2,3 на фиг.4 насыщение значений начинается при d 5: 200 мкм, что соответствует расчетному значению dmax - 206 мкм.

Зависимости на фиг.4 и 5 могут быть использованы для уточнения выбора ширимы промежутков меньших dmax для эаданне- го значения смещения острого участка на боковой поверхности кристалла, см. фиг.За.б, относительно плоскости р-п перехода. Пусть имеем пластину толщиной 220 мкм, и р-п переход на ней выполнен по середине толщины на глубине 110 мкм. Необходимо сместить острый- выступ от-ртп перехода на 20 мкм ниже. Для этого сначала определяем глубину.травления кремния через широкий промежуток, больший dmax. Эта глубина составляет 110 мкм + 20 мкм 130 мкм, т.е. 130 мкм составляет глубину области смыкания фронтов травления, измеренного со стороны широкого промежутка. .- ..- - .;

Следовательно, глубина травления пластины со стороны узкого промежутка составит 220 мкм - 130 мкм 90 мкм, т.е. 90 мкм составляет глубину области смыкания фронтов травления, измеренного со стороны узкого промежутка. Теперь по зависимости на фиг.5 определяем длительность травления промежутка шириной более dmax на глубину 130 мкм - по кривой 3 фиг.5 имеем t 25

Затем по кривой зависимости на фмг.4 для кривой/соответствующей t 25 мин, определяем ширину промежутка через которую за 25 мин промежуток травится на глубину 90 мкм : получаем - 100 мкм,

Таким образом, ширина узкого промежутка должна быть выполнена равной 109 мкм..

При вышеуказанных промежутках области смыкания фронтов травления сместятся от р-п перехода, находящегося посередине толщины пластины, на 20 мкм.

Именно указанное изменение ширины промежутков было выполнено при изготовлении фотошаблонов для изготовления диодов типа КД209, 2D106, см.фиг.8а,б.

В результате опробования предложения на участках изготовления полупроводниковых структур к диодам КД209, 2Д106 увеличился выход годных кристаллов по внешнему виду и электропараметрам на 37%..

Применение узких промежутков между кристаллами позволило одновременно увеличить раскрой кристаллов КД209 на 20% и

кристаллов 2Д1 Об на 10-12%.

Формула из обретения Способ изготовления полупроводниковых диодов, включающий формирование в исходной пластине глубокозалегающего p-n-перехода вблизи середины толщины, маскирование обеих поверхностей пластины, создание в маскирующем покрытии с обеих сторон противолежащего рисун-- ка вскрытых промежутков для разделения

пластин на кристаллы и двустороннее химическое жидкостное травление пластин до разделения на кристаллы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных диодов за счет контролируемого

смещения области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов от плоскости р-п-перехода, предварительно определяют ширину промежутка рисунка для разделения dmax, при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянна, устанавливают зависимость скорости травления от ширины промежутка при его величине менее dmax, исходя из глубины залегания p-n-перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости p-n-перехода- рассчитывают необходимое соотношение ширины промежутков с обеих сторон, после чего на одной стороне пластины изготавли-в а ют промежутки рисунка в маскирующем покрытии шириной не менее dmax, а на противоположной стороне пластины в направлении смещения.области смыкания фронтов травления, промежутки рисунка изготавливают с шириной менее dmax. соответствующей рассчитанному соотношению, и проводят двустороннее травление.

rT

со

Г.

СО

Яг

Х|,

L

d,MKH

Изобретение служит для разделения полупроводниковых пластин на кристаллы травлением. Сущность: при разделении полупроводниковых пластин на кристаллы используют двухстороннее травление в жидкостном травителе по узким промежуткам, вскрытым в маскирующем покрытии. Рисунок промежутков с обеих сторон пластин одинаков. Для каждого травителя имеется предельная величина ширины дорожки травления, при превышении которой скорость травления не зависит от ширины дорожки. С уменьшением ширины дорожки менее этой предельной величины скорость травления падает из-за диффузионных затруднений. Варьируя соотношение ширины промежутков в маскирующем покрытии с двух сторон пластин при разделительном травлении, можно получить заданное положение области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов. При разделении на кристаллы пластин с глубокозалегающими р-п переходами способ позволяет создать оптимальную форму боковой поверхности з&счет контролируемого смещения области смыкания фронтов травления От плоскости р-л перехода. 8 ил.

50 1% 40 30 0 /О

О0,2 Фиг.6.

РА0.6 Л5

;/v/4

3001 тох N w

00/00..t

Р

.„

f

рьг.

3S

J

IJ,

ЩАХ