PL106575B1 - Struktura polprzewodnikowa z kontaktem sferycznym metalowym do montazu wysokotemperaturowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest struktura pólprzewodni¬ kowa z kontaktem sferycznym metalowym, dostosowana do montazu wysokotemperaturowego diody p-n w obudowie szklanej, w temperaturze okolo 700 C.

Znane struktury pólprzewodnikowe z kontaktem sfe¬ rycznym metalowym przy montazu diody w temperaturze okolo 700°C charakteryzuja sie zmiana parametrów elek¬ trycznych, glównie zmniejszaniem sie napiec wstecznych, co jest spowodowane miedzy innymi przegrzewauiem struk¬ tury, oraz niekorzystna atmosfera powstajaca w momencie hermetyzacji diody. Struktury produkowane wedlug zna¬ nych konstrukq'i charakteryzuja sie zabezpieczeniem struk-' tury tlenkami termicznymi Si02, tlenkami pirolitycznymi Si02 lub tlenkami krzemu pirolitycznymi, które przykrywaja wytworzona termicznie warstwe szkliwa fosforowego.

Stosowane sa zabezpieczenia Warstwowe, gdzie tlenki pirolityczne Si02 i warstwy szkliwa fosforowego nawzajem sie przeplataja.

Ze wzgledu na wysokie temperatury wytwarzania ter¬ micznego szkliwa fosforowego i stosowanie wysokotempera¬ turowych stabilizacji fosforem wykonywanych warstw tlenku krzemu, znane warstwy zabezpieczajace wykonuje sie przed'operacjami wytwarzania omowych kontaktów do krzemu.

Wade znanych rozwiazan stanowi niedostateczne zabez¬ pieczenie zlacza p-n, co objawia sie zmniejszeniem napiec przebicia diody po hermetyzacji struktur w obudowie szklanej. Struktura przy takim rozwiazaniu zabezpieczenia ma powierzchnie omowego kontaktu podkladowego duzo mniejsza od powierzchni zlacza p-n ze wzgledu na trudnosci 19 X5 31 wykonania otworów kontaktowych w grubych tlenkach krzemu, skladajacych sie z warstw termicznego i pirblitycz- nego tlenku SiOa oraz z szkliwa fosforowego. Ma to ujemny wplyw na opornosc kontaktu podkladowego, napiecie w kierunku przewodzenia oraz moc gotowych diod.

Dalsza wada technologiczna znanych rozwiazan jest bardzo czeste pekanie nalozonej warstwy tlenków piroli- tycznych w trakcie dalszych obróbek wysor©temperaturo¬ wych dyfuzji i utleniania. Bardzo latwo mozna uszkodzic warstwe pirolityczna wraz ze szkliwem fosforowym podczas operacji przygotowania do naparowania metalowych kon¬ taktów omowych lub roztrawic obszar grubych wielo¬ warstwowych tlenków nad zlaczem w czasie wykonywania otworów pod omowe kontakty podkladowe.

Wada stosowanych rozwiazan jest równiez koniecznosc uzyskiwania malego rozrzutu grubosci utwardzanych w wysokich temperaturach stabilizacji pir litycznych tlenków krzemu, przez co komplikuje sie konstrukcja stanowiska do pirolizy oraz wzrasta pracochlonnosc tej operacji i fotolitografii.

Celem wynalazku jest usuniecie wad znanych struktur z kontaktem sferycznym metalowym i uzyskanie tego typu struktur o optymalnych parametrach ze wzgledu na napiecia w kierunku zaporowym i w kierunku przewodzenia, to znaczy opracowanie prostej konstrukcji i technologii struk¬ tur odpornych na wplyw hermetyzacji tych struktur w naj¬ czesciej stosowanych temperaturach okolo 700 °C, uzalez¬ nionych od rodzaju szkla obudowy diody.

Cel ten zostal osiagniety przez strukture wedlug wynalaz¬ ku, której obszar czynny zlacza p-n przykryty jest jedno- 106 575iWSTi 3 czesnie warstwa, tlenków pirolitycznych Si02, korzystnie zdomieszkowana w procesie osadzania pirolizy fosforem i metalem tworzacym kontakt sferyczny, przy Czym ta- warstwa tlenku pirolitycznego osadzana jest po wykonaniu omowego kontaktu podkladowego, a przed wykonaniem kontaktu sferycznego.

Zalety rozwiazania wedtug wynalazku to zapewnienie optymalnego zabezpieczenia zlacza p-n w czasie montazu.

Tlenki pirolityczne domieszkowane fosforem sa polozone na struktury jjso Operacjach wysokotemperaturowych oraz po wykonaniu kontaktów metalowych, bezposrednio sty¬ kajacych sie z krzemem, przez co eliminuje sie mozliwosc ich uszkodzenia. Ulega znacznemu uproszczeniu operacja wykonania okien pod kontakty podkladowe, poniewaz wykonuje sie je w cienkich tlenkach, co umozliwia uzyskanie powierzchni kontaktu podkladowego zblizonej do powierz¬ chni zlacza p-n. Eliminuje sie mozliwosc pekania tlenków pirolitycznych nawet przy wiekszych grubosciach tych tlenków, dziekiichlepszym wlasnosciom oraz brakiem obró¬ bek wysokotemperaturowych po ich nalozeniu na struktury.

Jednoczesnie mozna dzieki temu dopuscic (bez wplywu na wyniki) znacznie wiekszy rozrzut grubosci tlenków pirolitycznych, co upraszcza znacznie konstrukcje urzadze¬ nia do pirolizy oraz zmniejsza pracochlonnosc.

W rozwiazaniu wedlug wynalazku istnieje mozliwosc regulacji srednicy kontaktu sferycznego przez zmiane srednicy okna, odslaniajacego kontakt podkladowy, przy zachowaniu stalej wysokosci tego kontaktu. Kontrkt sfe¬ ryczny pizykrywajacy obszar czynny.; lacza p-n dodatkowo poprawia charaktei>styke w kierunku przewodzenia i moc gotowych diod.

Zaleta rozwiazania wedlug wynalazku jest równiez to, ze tlenki pirolityczne spelniaja jednoczesnie role zabezpie¬ czenia przed nakladaniem sie metalu w obszarze sluzacym do dzielenia plytek na pojedyncze struktury w czasie nakladania kontaktów sferycznych. Umozliwia to strawienie tlenków termicznych z tego obszaru, przez co poprawia sie jakosc rysowania i zmniejsza sie kilkunastokrotnie zuzycie narzedzi diamentowych do rysowania.

Struktury wedlug wynalazku sa stosowane w produkcji diod, które maja napiecia wsteczne do okolo 300 V i daja bardzo dobre wyniki, a moga byc stosowane przy innych wyrobach montowanych w obudowach szklanych.

Przedmiot wynalazku zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania, przedstawionym na rysunku pokazuja¬ cym fragment plytki pólprzewodnikowej z wykonanym zlaczem p-n.

Na krzemowej epitaksjalnej plytce pólprzewodnikowej, stanowiacej kolektor 2 wykonuje sie znanymi sposobami kilka tysiecy selektywnych obszarów dyfuzyjnych stano¬ wiacych baze 3, a dalej zloty kontakt omowy 1 kolektora 2 i zloty kontakt omowy podkladowy 6 bazy 3. Na fotoli¬ tografii otwierajacej okna pod kontakt podkladowy 6 trawi sie jednoczesnie tlenki termiczne z^kratki, w miejscu przez¬ naczonym do dzielenia plytki na pojedyncze struktury.

Grubosc warstwy 4 tlenków termicznych SiO, maskujaca zlacze p-n wynosi okolo 10,000 A. Nastepnie kilka, kilka¬ nascie tal:przygotowanych plytekpodtrawia sifc w rozcien¬ czonym HF tak, jak przed procesami naparowania i uklada 4 sie na obrotowej lub nieruchomej plytce rozgrzane) Ho temperatury okolo 400°C, umieszczonej w komorze reak¬ cyjnej stanowiska do pirolizy powierzchnia z kontaktem podkladowym * do góry i te powierzchnie przykrywa sie warstwa 5 tlenków pirolitycznych domieszkowanych fos¬ forem na grubosc fcowyzej 10.000 A. Rozrzut grubosci tych tlenków dopuszcza si$ do okolo. 30 %. Domieszko¬ wania tych tlenków dokonuje sie znanym sposobem z PH3 lub POCl3.

Najczesciej stosowana koncentracja jonów fosforu w tlen¬ ku pirolitycznym okreslana jest pomiarem opornosci po¬ wierzchniowej odpowiednio przygotowanej plytki próbnej i wynosi 10—100 ohm/pow. Do tego pomiaru bierze sie odtleniona plytke próbna typu p, o ojsornosci wlasciwej rzedu kilku ohm.cm. Te plytke pokrywa sie tlenkami pirolitycznymi domieszkowanymi jotiami fosforu i wygrze¬ wa sie w temperaturze 1050 °C, w czasie 30 min. Po tym wygrzaniu strawia sie tlenki z plytki próbnej i mierzy sie opornosc powierzchniowa czterosonda.

Powierzchniowa warstwe tlenku pirolitycznego domiesz¬ kowanego fosforem Wykonuje sie ó koncentracji fosforu tyiskiej lub równej zero. Po nalozeniu tych tlenków piro¬ litycznych wykonuje sie okna pod kontakt sferyczny tak, ze czesc powierzchni kontaktu podkladowego 6, lezaca przy obwodzie tego kontaktu pozostaje przykryta tlenkami 5.

Dokladny czas trawienia tych okien ustala sie na plytce próbnej. Czas ten nie moze byc za dlugi, poniewaz roztra- wione tlenki nie zabezpiecza struktury przed degradacja napiec wstecznych diody w czasie montazu. Nastepnie 80 znana metoda elektrolityczna wykonuje sie rozszerzony srebrny kontakt sferyczny 7 tak, ze powierzchnia maskujaca tego kontaktu jest wieksza od powierzchni czynnej masko¬ wanego zlacza p-n, przy czym grubosc tego kontaktu wy¬ nosi okolo 40 um. Po wykonaniu warstwy tlenków piroli- tycznych 5, az do zmontowania diod stosuje sie wylacznie mycia nietrawiace SI02. Plytki-z gotowymi zlaczami p-n dzieli sie na pojedyncze struktury znanymi sposobami.

Diody z tych struktur montuje sie w temperaturze okolo 700°C. Gotowe diody charakteryzuja sie dobra jakoscia, 41 ich napiecia nie zmniejszaja sie przy montazu, maja po¬ prawne charakterystyki w kierunku zaporowym i przewo¬ dzenia.

Wynalazek nie jest ograniczony do opisanego przykladu wykonania lub iego kombinacji, lecz obejmuje równiez i 5 stosowanie pojedynczych cech i odmian opisanego przykladu, o ile nie wykraczaja one poza zakres zastrzezen patentowych wynalazku.

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 50 - 1- Struktura pólprzewodnikowa z kontaktem sferycznym metalowym do montazuwysokotemperaturowego znamien¬ na tym, ze obszar czynny zlacza p-n tej struktury przykryty jest jednoczesnie warstwa tlenku pirolitycznego Si02 korzystnie zdomieszkowana w procesie pirolizy fosforem 55 (5) i metalem tworzacym kontakt sferyczny (7).

2. Struktura wedlug zastrz. 1 znamienna tym, ze war¬ stwa tlenku pirolitycznego korzystnie zdomieszkowana fos¬ forem (5) osadzana jest po wykonaniu kontaktu podkla¬ dowego (6) a przed wykonaniem kontaktu sferycznego (7). •106 575