Способ изготовления полупроводниковых приборов

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий формирование двухслойной полупроводниковой структуры путем термокомпрессионного соединения в инертной среде двух кремниевых подложек и создание в одном из слоев полупроводниковой структуры активных областей приборов, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных и улучшения электрических характеристик приборов за счет повышения сплошности соединения кремниевых подложек в двухслойной полупроводниковой структуре, перед термокомпрессионным соединением кремниевых подложек на соединяемой поверхности, по крайней мере одной из них, формируют пленку германия толщиной 0,5 - 2,0 мкм с удельным электрическим сопротивлением не выше удельного сопротивления каждой подложки, а термокомпрессионное соединение в инертной среде двух кремниевых подложек проводят под давлением (1 - 2) 10⁴ Па сначала при 900 - 920^oС в течение 0,5 - 1,0 ч, а затем при 1030 - 1220^oС в течение 0,5 - 4,0 ч.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления мощных полупроводниковых приборов на основе кремния.
Цель изобретения повышение выхода годных и улучшение электрических характеристик приборов за счет повышения сплошности соединения кремниевых подложек в двухслойной полупроводниковой структуре.
Изготовление высоковольтного кремниевого МДП-транзистора.
Из монокристаллического слиточного кремния марки КЭФ 40 диаметром 60 мм, выращенного в направлении <100> резкой, шлифовкой, алмазной полировкой и химико-механической полировкой формируют пластины толщиной 250 10 мкм. Из другого слитка марки КЭС 0,01 диаметром 60 мм, выращенного в направлении <100>, изготавливают пластины толщиной 300 мкм. Затем пластины из первого и второго слитков отмывают в перекисно-аммиачном растворе с соотношением компонентов Н₂О₂: NH₄OH:H₂O=3:1:1 c последующей гидромеханической обработкой в деионизованной воде. Далее на соединяемые поверхности пластин, т.е. рабочие поверхности пластин, после химико-механической полировки наносят магнетронным распылением слой германия толщиной 0,5 мкм на каждую пластину, причем в качестве распыляемого материала используют монокристаллический германий n-типа с удельным сопротивлением 0,001 Ом.см.
После этого пластины собирают в стопку таким образом, чтобы поверхность каждой пластины из кремния марки КЭФ 40 с нанесенным германием соприкасалась с поверхностью пластины из кремния марки КЭС 0,01 с нанесенным на нее слоем германия, а каждая такая пара отделялась от другой аналогичной кремниевыми пластинами-прокладками, покрытыми слоем нитрида кремния. Собранную таким образом стопку пластин размещают в специальной кварцевой кассете и с помощью винта пластины поджимают друг к другу с усилием, обеспечивающим давлением 1 10⁴ Па. Собранную кассету с пластинами медленно вводят в трубу диффузионной печи СДО 125/3, в рабочей зоне которой поддерживают температуру 920 2^оС, и через кварцевую трубу установки продувают аргон. Кассету с пластинами выдерживают при этой температуре в течение 30 мин. Затем температуру в рабочей зоне печи медленно поднимают до 1200^оС и выдерживают в течение 1 ч. После этого, не вынимая кассету из трубы установки, снижают температуру в печи до 850^оС со скоростью -5^оС/мин. Кассету с пластинами выдвигают из зоны печи в течение 8-10 мин. После охлаждения кассеты ее разбирают и вынимают сваренные двухслойные подложки, которые затем передают на операцию механической обработки. Обработке подвергают несклеенную поверхность пластин кремния марки КЭФ 40: проводят шлифовку свободным абразивом КЗ М14-М10, затем алмазную полировку, предфинишную и суперфинишную химико-механическую полировку так, чтобы общая толщина склеенной пластины составляла 450 мкм, а толщина высокоомного слоя 90 мкм.
Элементы приборных структур изготавливают в высокоомном слое сваренной подложки с помощью комплекта фотошаблонов Ш-8122. Активные области приборных структур включают n⁺-область истока, р-канальную область, изолятор и электрод затвора соответственно из SiO₂ и Мо + Аl, электрод истока из Аl. Электродом стока для каждой структуры служит тыльный высоколегированный n⁺-слой подложки. Канальную область р-типа проводимости глубиной 4 мкм с поверхностным сопротивлением 930-950 Ом/ создают имплантацией ионов бора с энергией 30 кэВ и дозой Q=6-7 мин/см² с последующей разгонкой примеси при 1200^оС; n⁺-области истока глубиной 0,8 мкм с сопротивлением 25 5 Ом/ формируют имплантацией ионов мышьяка с энергией 20 3 кэВ и дозой 1500 50 мкК/см² с последующей разгонкой примеси при 1000^оС в течение 50 мин в парах воды. Изолятор затвора создают окислением лицевой поверхности рабочей пластины при 1000^оС с последующей пассивацией двуокиси кремния фосфорно-силикатным стеклом. Одновременно с р-канальной областью на периферии стокового р-n-перехода каждой структуры для реализации высоких пробивных напряжений стока создают девять делительных колец. После изготовления приборных структур комбинированную подложку утоняют до требуемой конечной толщины кристалла прибора 130-140 мкм посредством химико-механического удаления полупроводникового материала со стороны пластины-держателя. Затем проводят зондовый контроль изготовленных приборных структур и разделение рабочей пластины на отдельные кристаллы. При зондовом контроле оценивают вид выходных ВАХ, ток утечки затвора I_зуг при U_зи=30 В и остаточный ток стока Iс.ост при напряжении сток-исток U_си=950 В и U_зи=-10 В. Годными считают структуры с пробивными напряжениями стока U_с.проб 950 В, I с.ост 3 мА и I_зуг<10<SUP>-7</sup>А. Годные кристаллы монтируют в металлокерамический корпус с полосковыми выводами типа КТ-57. Размер кристалла 3,6х5,9 мм², толщина изолятора затвора 0,2 мкм, длина канала 3,2 мкм, суммарная протяженность канала каждой структуры 40 см, количество кристаллов на пластине 90-95 штук. Предварительное выдерживание перед термокомпрессионной сваркой при температуре, близкой к температуре плавления германия (936^оС) соединяемых пластин со сформированным слоем германия под воздействием сжимающего усилия, обеспечивающего удельное давление более, чем 1 10⁴Па, приводит к размягчению этого слоя и выравниванию его по толщине между соединяемыми поверхностями, а также к протеканию процесса диффузии германия в кремний с образованием в приповерхностных слоях кремниевых подложек твердого раствора Si-Ge при концентрации 1 ат. В результате происходит улучшение контактирования поверхностей кремния, смоченных расплавленным германием в процессе сварки. Удлинение этапа выдерживания при этих температурах не приводит к ощутимому улучшению качества соединения, поэтому увеличение времени этого этапа более 1 ч нецелесообразно.
Последующее проведение термокомпpессионного соединения при температуре выше температуры плавления германия и при воздействии на соединяемые пластины сжимающего усилия, обеспечивающего удельное давление 1-2х10⁴ Па, предотвращает при данных толщинах слоя германия собирание его в капли: слои расплавленного германия распределяются равномерно между соединяемыми поверхностями. Снижение сжимающего усилия приводит к получению неравномерного переходного слоя.
Проведение непосредственно термокомпрессионного соединения при заявленных температурах 1,1 Т.пл 1,3 Т.пл. (Т. пл. температура плавления германия) приводит к протеканию процесса диффузии германия и кремния с последующей рекристаллизацией и образованием твердого раствора с постепенным уменьшением в глубь объема кремния концентрации германия. Повышение температуры, при которой происходит термокомпрессионная сварка, выше 1200^оС опасно, так как при 1251^оС начинается сублимация германия и возможно начало его испарения.
Что касается толщины слоя германия, формируемого на соединяемых поверхностях перед термокомпрессионной сваркой, то наличие хотя бы на одной из соединяемых поверхностей слоя толщиной более, чем 0,5 мкм, позволяет стабильно получать равномерную по электрофизическим свойствам соединительную область. При формировании более тонкого слоя получается неравномерный по толщине соединительный слой с пустотами. Создание на обеих соединяемых поверхностях слоя германия толщиной более 2 мкм может привести к возникновению к центре соединительного узла (по толщине) не твердого раствора, а сплава, в котором концентрация германия превышает 5-10 ат. что приводит к скачку электрофизических свойств соединяющего переходного слоя. Наличие инертной среды к камере, в которой проводится термокомпрессионная сварка, необходимо, чтобы в процессе сварки не образовывались окислы германия.
Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления мощных полупроводниковых приборов на основе кремния. Цель - повышение выхода годных и улучшение электрических характеристик приборов за счет повышения сплошности соединения кремниевых подложек в двухслойной полупроводниковой структуре. Для этого при изготовлении полупроводниковых приборов создают двухслойную кремниевую структуру путем термокомпрессионного соединения в инертной среде двух кремниевых подложек. Предварительно на соединяемую поверхность по крайней мере одной из них наносят пленку германия толщиной 0,5 - 2,0 мкм. Удельное сопротивление пленки германия не должно быть выше удельного сопротивления любой из соединяемых подложек. Термокомпрессионное соединение проводят в две стадии. На первой - при температуре 300 - 920^oС в течение 0,5 - 1,07 ч, на второй - при 1030 - 1220^oС в течение 0,5 - 4,0 ч. Сжимающее усилие при этом на соединяемые подложки должно составлять (1 - 2) 10⁴ Па.