Способ изготовления полупроводниковых диодов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 7867 АЗ(Я)5 Н 0 АТЕНТ ко.о ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ(57) 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. Изобретен иизготовления ичасти получениструктуры,Целью данвведение контрсмыкания астреносительно пловой поверхноструктуры диодПоставленнпредварительнг е относится к технологии олупроводникового диода в я его полупроводниковой ного изобретения является оля расположения области чных фронтов травления отскости р-и перехода на бо сти полупроводников й я цель достигается тем, что определяют ширину проков с обеих сторон плая каждого травителя имеличина ширинидорожки евышении которой скороависит от ширины дорожм ширины дорожки менее еличины скорость травледиффуэионных эатруднесоотношение ширин ь) скирующем покрытии с ин при разделительном получить заданное полоыкания фронтов травлеоверхности кристаллов.кристаллы пластин с глур-и переходами способ оптимальную форму бозэсчетконтролируемого смыкания фронтов травр-и перехода. 8 ил,Рисунок промежут стин одинаков, Дл ется предельная ве травления, при пр сть травления не э ки. С уменьшение этой предельной в ния падает из-эа ний. Варьируя промежутков в ма двух сторон пласт травлении, можно жение области см ния на боковой и При разделении на . бокозалегающими позволяет создатьковой поверхности смещения области ления от плоскости межутка для разделения - бвах, при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянка, устанавливают также зависимость скорости травления от ширины промежутка для его ширины меньшей баах, исходя из глубины залегания и-р перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости р-и перехода. определяют необходимую ширину промежутка, меньшего беах. После чего на разных сторонах пластины изготавливают соответствующие проме/1/б) движениеи перемещение раствора травителя происходит под действием образующихся газообразных продуктов реакции в результате их всплывания под действием сил Архимеда.Скорость всппывания газообразных пузырей в растворе травителя может быть оценена по известной Формуле; 9 2 Я ЯЬ18/2/ где Оср - средний диаметр пузыря,Р- удельный вес травителя,ро- удельный вес газообразного продукта,- вязкость травителя.Ширина пограничного неподвижного слоя, обусловленного вязким трением, может быть оценена по известной формуле; О =сьЖе/3/ жутки, причем в направлении смещения острого участка от р-и перехода изготавливают промежутки с меньшей шириной, Затемпроводят 2-стороннее встречное травлениепластины.Сущность предложения основана на полезном использовании зависимости скорости травления промежутка от его ширины,что позволяет целенаправленно смещать,область смыкания встречных фронтов травления относительно положения р-и перехода на заданную величину, используярасчетные и экспериментальные зависимости скорости травления от ширины промежутков,Укаэанная зависимость скорости травления промежутков от их ширины обусловлена влиянием гидродинамических условийна удаление продуктов реакции от реакционной зоны. При этом травление характеризуется предельной шириной промежутка -Оа 1 ахпри превышейии которой скоростьтравления в промежутке перестает зависить от ширины, т,е. является постоянной,. Величина бщах может быть рассчитана приследующих физических предпосылках;а) движение и перемешивание растворав щелй промежутка прекращаются, когдаширина непьдвижного пограничного слоя -сг раствора травйтеля становится соизмеримой с половиной ширины промежутка,т;е.;/4/ где решая совместно (1), (2) и (3) относительно ширины промежутка, получим выражение для бпах. 10 отах = ( ), /5/72 г9 Рсфср15 где принято р РоПоскольку средний угол наклона фаскибоковой поверхности полупроводниковойструктуры диода определяется разностью. ширины промежутков, выполненными про 20 тивопежащими на сторонах пластины, приобычных углах фасок 5 - 30 большая ширина промежутков, как правило, превышаетсвах.Сущность предложения пояснена на25 фиг.1 - 7.На фиг.1 показан профиль травлениякремния через щель промежутка шириной4, где 1 - вытравленная область, 2 - телокремния, 3 - маскирующий слой золота, Ь -ширина нависания золота или глубина травления кремния вбок от края промежутка, Х 1 -глубина травления кремния,На фиг,2 показан профиль травленияпромежутков тест-структуры разной шири 35 ны, где 1 - й = 300 мкм, 2 - бг = 200 мкм,3-бз = 100 мкм, 4 - дл = 40 мкм, 5 - б 5- 20мкм, пунктиром обозначена граница неподвижного пограничного слоя раствора .На фиг,З показаны профили полупро 40 водниковых структур диода после 2-стороннего травления пластин при различныхсоотношениях ширины промежутков на разных сторонах пластины, где пунктиромобозначена плоскость р-и перехода, на45 фиг.За - ширина промежутков сверху и снизу пластины одинаковая, на фиг,36 - ширина промежутков сверху и снизу пластиныразличная.На фиг.4 показана зависимость глубины травления кремния от ширины промежутков б при разной длительностипроцесса травления в травитепе НАВОЗ::НГ: НЗСООН 6; 1; 3, где 1 - с 1 = 10мин,2 - 12=25 мин, 3 - сз=40 мин,На фиг.5 показана зависимость глубинытравления кремния Х от длительности травления т, где кривая 1 соответствует д 1 = 20мкм, 2 - ф = 100 мкм, 3 - сиз = 300 мкм,На фиг.7 показана зависимость бвах отугла наклона аоси вращения кассеты с пластиной в процессе травления,На фиг,8 показана топология рисункапромежутков и кристаллов а -для б-гранного кристалла, б - для 4-угольного кристалла.На фиг.б показана гистограмма значений диаметров пузырей газообразных продуктов реакции травления кремния вмомент отрыва (при температуре процесса22 С).Изобретение было опробовано на участках изготовления кристаллов для диодовтипа КД 209, 2 Д 106, имеющих разную формуи размеры,Кристалл диода КД 209 имеет 6-граииуюформу, описывающая окРукиость имеетдиаметр 2 мм, кристалл диода 2 Д 106 имеетквадратную форму 2,3 х 2,3 мм, Толщина2кремниевых пластин для этих диодов допускается в пределах от 200 до 240 мкм, Глубину р-п перехода, как правило, иа этихкристаллах располагают на расстоянии 90 -120 мкм от поверхности р стороны пластины, Такое располокение р-п перехода диктуется получением оптимального градиентапримеси при получении диодов средней ибол . эй мощности,После соэд.ния р-и перехода путемдиффузии влюмии.,:я, бора и фосфора иа соответствуюшие стороны пластины на ее поверхность осаждают никель, Химическоеосаждение никеля с отжигом 1-.го слоя притемпературе 600-700 С в среде водородаповторяют 2-3 раза для получения качественного омического контакта, На никелированные пластины, наносят рисунок иэ слояфоторезиста с помощью фотолитографического процесса, Слой фотореэиста наносятв местных промежутков между полупроводниковыми структурами диодов. На свобод ные от фотореэиста области наносятэлектрохимическим способом слой золота,толщиной 1 - 1,5 мкм, который выполняетфункции омического контакта и одновременно является маскирующим покрытиемпри травлении промекутков для разделения пластины на кристаллы. Перед травлением промежутков в смеси кислот НМОз: НР. 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 перемещение раствора и газообразногопродукта травления, Кассеты с пластинамирасполагают в стакане, который вращают соосно с кассетами и пластинами с частотой50 - 75 об/мин. При этом ось вращениястакана может иметь наклон - 70 - 80 О, чтосоставляет наклону плоскости пластин или 5 кассет - 20 - 10,Наклонное вращение стакана и кассет спластинами осуществляется с целью вырав. нивания процесса травления по площадипластины и для контроля момента отрыва 10 газообразных пузырей от поверхности пластины;Вращение кассет и пластин в наклонном положении изменяет траекторию движения и всплываиия газовых пузырей по 15 зазорам между пластинами и стенками кас-сет, что можно учесть при расчетах днах ввиде;722 120оптах -- (9 р Оср зи а)где а - угол наклона кассеты или пластины.Экспериментальная проверка этой зависимости проводилась иа освове измене иия угла наклона а и измерений диаметрагазовых пузырей. Угол наклона устанавливали равным 17, 30, 45 При а= 90 вращение пластин в стакане велось с применением специального -приводаЗО (см.фиг,7),Размеры пузырей измерялись при помощи микроскопа типа МБСустановленного над образцом в растворе. На фиг,б построена гистограмма значений диамет ров газовых пузырей, измеренных в моментотрыва их от поверхности пластины. Из гистограммы следует, что средний размер пузыря составляет Оср = 0,350,05 мм.Подставлял полученное значение Оср" 40 = 0,35 мм, а также значение вязкости д =.=1,0 10, Н с/м, р = 10 кг/м, при а =17 з 3 п 17 = 0,29 в последнюю формулу, имеем:72, 10Ох - 9 8- О 206 мм.0,29 х 0,352Экспериментальное значение бх оп ределялось по зависимости скорости травпения от шиоины промежутков д. Разнаяширина промежутков изготавливалась с помощью специальной структуры (фиг,2), рисунок которой содержал щели-промежутки 55 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 профилей травленных щелей определяли глубинутравления при каждой длительности травления и по измеренным данным строилисьграфические зависимости глубины травления от ширины щели и длительности травления, см. фиГ.4, фиг,5.По моменту насыщения зависимостиглубины травления Х от ширины б можноопределить айвах см. фиг.4. Так для кривых1,2,3 на фиг.4 насыщение значений начинается .при д200 мкм, что соответствуетрасчетному значению базх = 206 мкм.Завйсимости на фиг.4 и 5 могут бытьиспользованы для уточнения выбора ширины промежутков меньших днах для заданиего значения смещения острого участка набоковой поверхности кристалла, см.фиг,За,б, относительно плоскости р-и перехода. Пусть имеем пластину толщиной 220мкм, и р-и переход иа ней выполнен по середине толщины на глубине 110 мкм, Необ- .ходимо сместить острый выступ от р-.пперехода на 20 мкм ниже, Для этого сначалаопределяем глубину. травления кремния через широкий промежуток, больший базх. 25Эта глубина составляет 110 мкм + 20 мкм ==130 мкм, т.е, 130 мкм составляет глубинуобласти смыкания фронтов травления, измеренного со стороны широкого промежутка. 30Следовательно, глубина травления пластины со стороны узкого промежутка составит 220 мкм - 130 мкм = 90 мкм, т,е. 90 мкмсоставляет глубину области смыкания фронтов травления, измеренного со стороны узкого промежутка. Теперь по зависимости нафиг,5 определяем длительность травленияпромежутка шириной более бп 18 х на глубину130 мкм - по кривой 3 фиг.5 имеем т. = 25мин 40. Затем по кривой зависимости на фиг.4 .для кривой, соответствующей 1 =- 25 мин,определяем ширину промежутка через которую за 25 мин промежуток травится наглубину 90 мкм: получаем - 100 мкм. 45Таким образом, шйрина узкого промежутка должна быть выполнена равной 109мкм,При вышеуказанных промежутках области смыкания фронтов травления сместятся 50от р-и перехода, находящегося по серединетолщины пластины, на 20 мкм. Именно указанное изменение ширины промежутков было выполнено при изготовлении фотошаблонов для изготовления диодов типа КД 209, 20106, см,фиг.8 а,б.В результате опробования предложения на участках изготовления полупроводниковых структур к диодам КД 209, 2 Д 106 увеличился выход годных кристаллов по внешнему виду и электропараметрам на 3- 7/ Применение узких промежутков между кристаллами позволило одновременно увеличить раскрой кристаллов КД 209 иа 20 О и кристаллов 2 Д 106 на 10 - 12 О,Формула изобретения Способ изготовления полупроводниковых диодов, включающий формирование в исходной пластине глубокозалегающего р-и-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 иа кристаллы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения выхода годных диодов за счет контролируемого смещения области смыкания фронтов травления на боковой поверхности кристаллов отплоскости р-п-перехода, предварительно определяют ширину промежутка рисунка для разделения бвах, при превышении которой скорость травления в данном травителе постоянна, устанавливают зависимость скороститравлеиия от ширины промежутка при его величине менее днах, исходя из глубины залегания р-и-перехода и величины требуемого смещения области смыкания фронтов травления от плоскости р-и-перехода рассчитывают необходимое соотношение ширины промежутков с обеих сторон, после чего иа одной стороне пластины изготавли-. вают промежутки рисунка в маскирующем покрытии шириной не менее бпэх, а на противоположной стороне пластины в направлении смещения, области смыкания фронтов травления, промежутки рисунка изготавливают с шириной менее бпах, соответствующей рассчитанному соотношению, и проводят двустороннее травление,орректор А. Коэориз ставит хред М сдактор Ж Подпи комитета ло изобретениям и от Москва, Ж, Раушская наб 4 роиз водственно-издатеп ьскии аказ 1742 Ти ВНИИПИ Государственног 113035сноекрытиям при ГКНТ СС