Способ получения сплавно-диффузионного -перехода

(19 (И 1 11 Н 01 Ь 21/а ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 4(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВНОДИФФУЗНОГО Р -и-ПЕРЕХОДА путем нане ния на поверхность пластины полупр водникового материала слоя активно металла, например титана, располокения на нем электродного металла и нагрева полученной структуры до температуры, не ниже температуры эвтект ки электродный металл - полупроводник, с последующим диффузионным отжигом и кристаллизацией, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициентов перекрытия п емкости и изготовления переходов лю" бой заданной площади, между слоями электродного металла-носителя располагают слой акцепторной н донорной примесиИзобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, преимущественно нелинейных управляемых емкостей, например ва" рикапов. 5Известен способ получения контакта электродного металла с полупровод. ником, когда на поверхность полупроводникового материала при температуре не ниже 400 фф наносят слой ак тивного металла, напр ер. титана,толщиной не более 1000 и слой металла, защищающего активный металл от окисления окружающей средой, напри. мер серебра. На этом слое распола гают электродный металл, легированный соответствующими примесями, с по. следующим вплавлением его в объемполупроводникового материала при температуре, не ниже температуры 20 эвтектики электродный металл - полу. .проводник.Обратный градиент концентрации примеси в базе-11-перехода может быть сформирован вплавлением элек тродного металла (сплава в виде таб-. .летки или шарика), легированного соответствующими примесями, в полупроводниковый материал соответствующего типа проводимости через слой З 0 активного металла, толщиной менее 1000 Х. с последующей диффузией этих лЬгирующих примесей в объем полупроводникового материала и крис" таллизацией. Например, электродный. металл(сплав)алюминий-сурьма-олово вплавляется в кремнийтипа проводимости через тонкий слой титана иссеребра при 1000 С.При этом слой активного металла - 40 титана восстанавливает и разрушает поверхностные окислы, акцепторная примесь " алюминий обеспечивает создание обратного градйента концентрации примеси в базен-.,:перехода, до норная примесь - сурьма образует собственно-П-переход, а оловО является электродньи металлом-носителем,Известный способ имеет ряд недостатков: во-вервых;, вследствие обра-, 50 зования глубоких рекристаллиэовавйых слоев, полученных в результате вплав ления электродного металла и колебания фронта вплавления, затруднено получение тонких баз структурй (2" 55 4 мкм) и высоких добротностей приборов; во-вторых, метод не обеспечивает воэможности получения-И"переходов с обратным градиентом концент-рации примеси на достаточно больших.площадях ( 2 мм), так как это связано с увеличением количества (массы) вплавляемого электродного металла, приводящего.к аномальным искажениям фронта вплавления и возникновению значительных механических напряжений в полупроводниковом кристалле; в-третьих, поскольку концентрация лигатуры в электродном металле(сплаве) однозначно определяет параметры обратного градиента, а обеспечить достаточную химическую однородность сплава в процессе его подготовки не удается, то неизбежен определенный разброс параметров вольтфараднрй характеристики варикапа в процессе его изготовления,Цель изобретения - получениесплавно-диффузионных-11-переходовна любой площади с обратным градиентом концентрации примеси в базе,обеспечивающим высокий коэффициентперекрытия по емкости (Кф порядка25-50) в интервале напряжений О,110 В, улучшение химической однородности сплава и снижение раэбросоввольтфарадной характеристики варикапа, реализация тонких баз (порядка 2-4 мкм) и высоких добротностейприбора.Это достигается тем, что на поверхность пластины полупроводникового материала соответствующеготипа проводимости наносят слои активного металла (толщиной менее1000 А) и слои электродного металланосителя, между которыми располагают слои акцепторной и донорной примеси.Полученную таким образом на поверхности пластины многослойную пленочную структуру электродного .металланосителя и легирующих примесей вплавляют в объем полупроводникового материала при температуре, не нижетемпературы эвтектики электродныйметалл-носитель - полупроводник,При этом образуется многокомпонентный однородный слой расплава полупро-,водник - электродный металл-носительлегирующие примеси, из которого диффундируют легирующие примеси в объем полупроводника.Предлагаемый способ позволяет получить тонкие рекристаллизованные слои, сплошной и равномерный фронтвплавления, высокую химическую однородность расплава и незначительные механические напряжения в области контактов. Способ реализуется на таких полупроводниковых материалах, как германий и кремний, где в качестве активного металла, наносимого на поверхность полупроводникового материала, используют металлы, например титан, ниобий, цирконий, хром и др 1 О способные к восстановлению поверхностных окислов полупроводника и обеспечивающие качественное вплавление последующих слоев электродного металла-носителя в полупроводниковый 15 материал.Электродный металл-носитель должен обеспечить возможность контролируемого введения легирующих примесей в расплав электродный металл носитель - полупроводниковый материал и соответствующее формирование обратного градиента концентрации примеси и О -и-перехода. Наиболее полно этим требованиям отвечают 25 электродные металлы, электрически нейтральные, или электродные металлы, не изменяющие основных характеристик полупроводникового материала и образующие с ним простые эвтектиче- ЗО ские системы, например серебро, золОтО и ДРМежду слоями электродного металла- носителя располагают по крайней мере два слоя легирующей примеси, акцепторную, в качестве которой ис- пользуют, например, бор, алюминий, галлий, индий, и донорную - фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.Концентрация легирующей примеси 4 О в расплаве, задающей обратный градиент в зависимости от конкретных параметров вольтфарадной характеристики, определяется интервалом 1 10 см - 10 см ., а примеси, об.4516 6 -3разующей Р -и-переход - концентрацией18не менее 510 см 3, толщина слоев легирующих примесей - в первую очередь, суммарной толщиной слоев электродного металла-носителя и физико- химической природой выбранной примеси. Толщина слоев электродного металла- носителя должна обеспечить введение . такого количества легирующей примеси в расплав, которое было бы доста точным для поддержания заданной концентрации лигатуры в расплаве в проч цессе диффузионного отжига, поэтому минимальная толщина слоя электродного металла-носителя равна 1000 А,Описываемый способ реализуют, например, для варикапов с коэффициентом перекрытия порядка 30 в интервале напряжений и смещения 0,1-10 В, с пробивными напряжениями 20 В, обратными токамиъ 5 мкА и добротностью 100 при смещении напряжения 2 В на частоте 10 мГц.В качестве рабочей пластины берут кремний -типа, легированный бором, с удельным сопротивлением 0,01 Ом см, с соответствующим образом подготовленной поверхностью толщиной 18015 мкм, на которую осаждается (наращивается) любым извест. - ным методом эпитаксиальная плейка кремния-типа, легированная бором до удельного сопротивления 20+203 Омсм 1 толщиной 6+0,5 мкм.Одновремейно готовят технологическую подложку кремния д -типа, легированную сурьмой, с удельным сопротивлением 0,5 Ом всм, толщиной 180+5 мкм, для обеспечения чистоты поверхности которой пластины предварительно шлифуют порошком М 5 с последующим частичным удалением нарушенного слоя известными методами химической обработки.На рабочую пластину кремния -типа проводимости методом вакуумного испарения при давлении 1 10 -10 мм рт.ст. и температуреоподложки 200-600 С последовательно наносятся ьслои титана толщиной около 300 А . и серебра. толщиной 500-1500 Х, серебра (электродный металл-носитель) толщиной около 2 мк, который обеспечивает качественное сплавление системы серебро - кремний; алюминия толщиной около 1000 1, акцепторную присадку, обеспечивающую формирование обратного градиента, и серебра толщиной около 2 мкм, слой которого устраняет каплеобразования алюминия как в процессе вплавления, так и в последующих операциях напыления другой примеси; сурьмы.ьтолщиной около 1500 А - донорную присадку, обеспечивающую создание -д-перехода, и серебра толщиной около 2 мкм, слой которого устраняет каплеобразование пленки сурьмы в процессе вплавления.Затем на технологическую подложку кремния П -типа проводимости320228 35 СоставительРедактор Л. Письман Техред Т.Маточка Корректор А. Зимокосор . Заказ 23793 Тираж 683ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 напыляют титан и серебро по .описанному технологическому циклу.Подготовленные таким образом пластины кремния О и Р -типа проводимос-ти складывают поверхностями, имеющими напыленные слои, и сплавляютпри 900 С с одновременным образованием однородного расплава сереброкремний - сурьма - алюминий, из которого в температурном интервале1 О950-1200 С в эпитаксиальную пленкукремния-типа диффундируют алюминий и .сурьму.Полученную после сплавления идиффузионного отжига структуру типа"пирог" шлифуют со стороны кремнияМ -типа до толщины пластины в 4050 мкм (общая толщина "пирога"после шлифовки 220+10 мкм) и подвергают 30 с травлению в смеси плавиковой, азотной и уксусной кислотв сотношении 2:9:4 для удаления загрязнений с поверхности пластин перед металлизацией и нанесением омического контакта,Омический контакт получают металлиэацией с двух сторон полученнойструктуры посредством последовательного напыления в вакуумел 510мм рт.ст. при температуре ЗОподложки не ниже 500 С слоев титанаои никеля общей толщиной около 1000 А,Разделение пластины на кристаллыпроизводят химическим травлениемнезащищенного полупроводниковогоматериала с образованием мез. Длячего "пирог" пластиной р -типа наклеивают на фторопластовый диск,а с противоположной стороны черезмаску с круглыми отверстиями диаметром 1 мм, для защиты поверхности кристалла наносят слой битума.Структуру протравливают в смесиЙлавиковой, азотной и уксусной кислот в соотношении 2;9:4 до полного удаления кремния и -типа и выхо-.да травителя на серебро, котороеудаляется последовательным окислением его в азотной кислоте и растворением азотнокислого серебра в воде,Затем пластина кремния р -типа дополнительно подтравливается на глубину 5-10 мкм в смеси указанных кислот,промывается в воде, толуоле и высушивается. После сушки скрайбированием пластины окончательно разделяютсяна кристаллы, которые сплавляютсяв следующей операции с выводнымиэлектродами типа "плющенка",Выводные электроды размером13 х 0,8 х 0,1 мм, изготовленныеиэ никелевой полоски с гальваническиосажденным на ней слоем золота толщиной 5-6 мкм, методом кассетнойсборки в вакууме ь 10 мм рт.ст. ипри 480-500 С сплавляются с кристалОлом, где в результате вплавления вкремний золотого покрытия получаетсясплавной контакт по всей площадиперехода. Собранный диод в течение 1 мин протравливается в смеси кислот укаэанного состава и тщательно промывается в деионизированной воде, после чего структуру силанируют органоэамещенным гидролизованным силаном, сушат и защищают тонким слоем кремне- органического каучука. По окончании полимеризации каучука диод покрывается каплей эпоксилоксанового компаунда с последующей его полимеризацией при 200 С.о В результате проведенных технологических операций получаем варикап с требуемыми электрическими параметрами,