Способ изготовления силовых быстродействующих полупроводниковых приборов на ядерно-легированном кремнии

Номер патента: 18059

Опубликовано: 30.04.2014

Автор: Марченко Игорь Георгиевич

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛОВЫХ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ НА ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОМ КРЕМНИИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Автор Марченко Игорь Георгиевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ изготовления силовых быстродействующих полупроводниковых приборов на ядерно-легированном кремнии, при котором полностью сформированные приборные структуры с переходами и контактами перед посадкой в корпуса облучают электронами с энергией, превышающей 0,5 МэВ, при температуре 340-360 С в течение 5-10 мин до флюенса 21014-31014 см-2. Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве быстродействующих приборов, полученных на основе слоистых структур с -переходами в ядерно-легированном кремнии (ЯЛК). Процесс контролируемого уменьшения времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в базовых слоях диодов, транзисторов и тиристоров традиционен при изготовлении приборов, используемых на повышенных частотах. Для этих целей применяется легирование, например, золотом или платиной или используется излучение высокой энергии. В обоих случаях важно создать глубокий центр захвата в запрещенной зоне кремния,действующий как уровень рекомбинации для электронов или дырок. Известен способ 1, применяемый для регулирования времени жизни ННЗ при изготовлении мощных и быстродействующих полупроводниковых приборов на ЯЛК, заключающийся в том, что непосредственно после формирования переходов осуществляют процесс введения в приборную структуру центров рекомбинации путем облучения пластин с переходами электронами с последующим отжигом. Недостаток способа связан с невозможностью получить приборы с низкими значениями обратных токов в диапазоне рабочих температур. 18059 1 2014.04.30 Известен способ 2 изготовления серийных партий высоковольтных быстродействующих диодов, где введение центров рекомбинации в целях регулирования времени жизни ННЗ осуществляется непосредственно после формирования переходов до этапа нанесения омических контактов за счет использования процесса диффузии платины в диапазоне температур 800-1000 С, с нагревом сформированных приборных структур с заданной скоростью до определенных заданных температур в указанном интервале, выдержкой при этих температурах и последующим охлаждением с заданной температурой с промежуточными остановками и выдержкой при определенных температурах. Недостатком данного способа является сложность поддержания необходимого температурного режима диффузии и, как следствие, наличие значительного процента брака в готовых приборных структурах в отношении таких параметров, как время обратного восстановления, прямое падение напряжения и напряжение пробоя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению можно рассматривать способ 3 одновременного управления временем жизни ННЗ и токами утечки в полупроводниковых приборах с переходами за счет облучения приборов пучком электронов через пассивирующие стеклянные покрытия. Облучение проводят при температуре выше 300 С потоком частиц, способных обеспечить введение структурных дефектов в кристаллическую решетку подложки полупроводникового прибора. Однако этот способ имеет ограниченное применение, поскольку введение радиационных центров (РЦ) генерации-рекомбинации в требуемой пропорции возможно лишь в специально изготовленные приборные структуры. С его помощью нельзя получить хорошее сочетание электрических характеристик быстродействующих приборов на ЯЛК в условиях серийного производства. Задачей изобретения является увеличение процента выхода годных приборов за счет лучшего соотношения частотных и статических характеристик. Способ изготовления силовых и быстродействующих полупроводниковых приборов на ядерно-легированном кремнии, при котором полностью сформированные приборные структуры с переходами и контактами перед посадкой в корпуса облучают при температуре 340-360 С в течение времени 5-10 мин до флюенса 21014-31014 см-2. Новым, по мнению авторов, является то, что полностью сформированные приборные структуры с переходами и контактами перед посадкой в корпуса облучают при температуре 340-360 С в течение времени 5-10 мин до флюенса 21014-31014 см-2. Сущность изобретения. В основу заявляемого способа положены экспериментальные результаты, изложенные в работе 4, показывающие взаимосвязь между концентрационным соотношением РЦ, образующихся в условиях повышенных температур электронного облучения, и электрическими характеристиками переходов в кремнии, легированном фосфором. В данной работе показано, что главным условием оптимизации параметров-диодов при электронном облучении как наиболее распространенной на сегодняшний день разновидности технологии управления быстродействием является точный подбор температурного режима этого вида обработки для конкретного изделия. Температура, время и флюенс облучения определялись экспериментально из необходимости получить максимальное быстродействие, которое обычно пропорционально времени жизни ННЗв базовом слое диодной, транзисторной или тиристорной полупроводниковой структуры, при минимальном (в пределах ТУ) изменении падения напряжения на приборев проводящем и обратного токав закрытом состояниях. Принципиальным моментом выбора режима облучения являлось выполнение требования, в соответствии с которым облучаемая полупроводниковая структура должна находиться при повышенной температуре минимальное время. При этом продолжительность облучения должна быть достаточной, чтобы обеспечить введение необходимой концентрации РЦ, контролирующих быстродействие. 2 18059 1 2014.04.30 Пример конкретного выполнения. Использовались чипы (приборные структуры до посадки в корпуса) диодов, изготовленных на монокристаллическом , легированном фосфором с помощью ядерных реакций (ЯЛК). Структуры были сформированы по стандартной диодной технологии на исходных пластинах с удельным сопротивлением 32 Омсм и рассчитаны на прямой ток до 20 А и запорное напряжение до 1500 В. Параметры контролировались по общепринятым методикам на стандартном оборудовании. Последовательность обработки 1. Диоды в количестве 10 штук размещают в термоизолированном контейнере перед выходным окном ускорителя с энергией электронов 6 МэВ. 2. При установлении в контейнере температуры 350 С включается ускоритель и при интенсивности пучка 5,51011 см-2 с-1 диоды облучаются в течение 7 мин. Затем ток пучка выключается. 3. Температура в контейнере снижается до комнатной, приборы извлекаются из контейнера и проходят электрические измерения. 4. Аналогичным образом проводилась радиационная обработка при других временных режимах облучения. Заметим, что при времени облучения от 5 до 10 мин интенсивность пучка электронов изменялась в пределах от 3,51011 до 11012 см-2 с-1. 5. После корпусирования проводят отжиг облученных приборов при температуре 15010 С в течение 24 ч и осуществляют контроль параметров , , . Все измерения были проведены при комнатной температуре. Данные приведены в таблице. Параметры диодных структур, облученных электронами с энергией 6 МэВ Флюенс, см-2 Температура, С Время, мин Параметры Как видно из таблицы, наилучшее соотношение , ,наблюдается у приборов, обработанных по заявляемому способу, а выход за пределы указанных в формуле изобретения интервалов флюенса, температур и времени облучения, а также обработка диодов по способу прототипа дают худшие результаты. Источники информации 1. Патент США 6358825, 2002. 2.,, // . - 2003. - . 70. - . 193-196. 3. Патент США 4,210,464, 1980. (прототип). 4. Марченко И.Г. и др. Технологические особенности электронного облучениядиодов при повышенных температурах. - ФТП. - Т. 45. - Вып. 11. - 2011. -С. 1549-1552. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3

МПК / Метки

МПК: H01L 21/263

Метки: силовых, быстродействующих, приборов, ядерно-легированном, способ, изготовления, полупроводниковых, кремнии

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/3-18059-sposob-izgotovleniya-silovyh-bystrodejjstvuyushhih-poluprovodnikovyh-priborov-na-yaderno-legirovannom-kremnii.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ изготовления силовых быстродействующих полупроводниковых приборов на ядерно-легированном кремнии</a>

Похожие патенты