RU1817867C - Способ изготовлени полупроводниковых диодов - Google Patents

Abstract

Изобретение служит дл  разделени  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. Рисунок промежутков с обеих сторон пластин одинаков. Дл  каждого травител  имеетс  предельна  величина ширины дорожки травлени , при превышении которой скорость травлени  не зависит от ширины дорожки . С уменьшением ширины дорожки менее этой предельной величины скорость травлени  падает из-за диффузионных затруднений . Варьиру  соотношение ширины промежутков в маскирующем покрытии с двух сторон пластин при разделительном травлении, можно получить заданное положение области смыкани  фронтов травлени  на боковой поверхности кристаллов. При разделении на кристаллы пластин с глубокозалегающими р-п переходами способ позвол ет создать оптимальную форму боковой поверхности з&счет контролируемого смещени  области смыкани  фронтов травлени  От плоскости р-л перехода. 8 ил.

Description

Изобретение относитс  к технологии изготовлени  полупроводникового диода в части получени  его полупроводниковой структуры.

Целью данного изобретени   вл етс  введение контрол  расположени  области смыкани  встречных фронтов травлени  относительно плоскости р-п перехода на боковой поверхности полупроводниковой структуры диода.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что предварительно определ ют ширину промежутка дл  разделени  - dmax. при превышении которой скорость травлени  в данном травителе посто нна, устанавливают также зависимость скорости травлени  от ширины промежутка дл  его ширины меньшей dmax; исход  из глубины залегани  п-р перехода и величины требуемого смещени  области смыкани  фронтов травлени  от плоскости р-п перехода, определ ют необходимую ширину промежутка, меньшего dmax. После чего на разных сторонах пластины изготавливают соответствующие проме00

SJ

со

Оч XI

ы

жутки, причем в направлении смещени  острого участка от р-n перехода изготавливают промежутки с меньшей шириной. Затем провод т 2-стороннее встречное травление пластины.: , Сущность предложени  основана на полезном использовании зависимости скорости травлени  промежутка от его ширины,, что позвол ет целенаправленно смещать .область смыкани  встречных фронтов трав- лени  относительно положени  р-n перехода на заданную величину, использу  расчетные и экспериментальные зависимости скорости травлени  рт ширины промежутков ./

Указанна  зависимость скорости травлени  промежутков от их ширины обусловлена вли нием гидродинамических условий на удаление продуктов реакции от реакционной зоны. При этом травление характери- зуетс  предельной шириной промежутка - dmax, .при превышении которой скорость травлени  в промежутке перестает зави- сить от ширины, т.е.  вл етс  посто нной. Величина dmax может быть рассчитана при следующих физических предпосылках:

а) движение и перемешивание раствора в щели промежутка прекращаютс , когда ширина неподвижного пограничного - а раствора травител  становитс  соизме- римой с половиной ширины промежутка, т.е.:,

/1/

б) движение и перемещение раствора травител  происходит под действием образующихс  газообразных продуктов реакции в результате их всплывани  под действием сил Архимеда.

Скорость всплыйани  газообразных пузырей в растворе травител  может быть оценена по известной формуле:

/2/

где Dcp - средний диаметр пузыр ,

р удельный вес травител ,50 ро удельный вес газообразного продукта ,

tj- в зкость травител . Ширина пограничного неподвижного сло , обусловленного в зким трением, может быть оценена по известной формуле:

55

7 d/VRe.

/3/

где d - ширина промежутка:

Re - число Рейнольдса, рассчитываемое по формуле:

/4/

где реша  совместно (1), (2) и (3) относительно ширины промежутка, получим выражение ДЛЯ dmax:

Jmax

/5/

где прин то р ро .

Поскольку средний угол наклона фаски боковой поверхности полупроводниковой структуры диода определ етс  разностью ширины промежутков, выполненными противолежащими на сторонах пластины, при обычных углах фасок 5 - 30° больша  шири- .на промежутков, как правило, превышает

dmax.

Сущность предложени  по снена на фиг.1 -7.

На фиг.1 показан профиль травлени  кремни  через щель промежутка шириной d, где 1 - вытравленна  область, 2 - тело кремни , 3 - маскирующий слой золота, h - ширина нависани  золота или глубина травлени  кремни  вбок от кра  промежутка, Xj - глубина травлени  кремни .

На фиг,2 показан профиль травлени  промежутков тест-структуры разной ширины , где 1 - di 300 мкм, 2 - d2 - 200 мкм, 3-d3 100 мкм, 4-d4 40 мкм, 5-d5 20 мкм, пунктиром обозначена граница неподвижного пограничного сло  раствора .

На фиг.З показаны профили полупроводниковых структур диода после 2-сторон- него травлени  пластин при различных соотношени х ширины промежутков на разных сторонах пластины, где пунктиром .обозначена плоскость р-n перехода, на фиг.За - ширина промежутков сверху.и снизу пластины одинакова , на фиг,36 - ширина промежутков сверху и снизу пластины различна .

На фиг.4 показана зависимость глубины травлени  кремни  от ширины промежутков d при разной длительности процесса травлени  в травителе НМОз : :HF : НзСООН 6:1 : 3, где 1 - ti 10 мин, 2 -12 25 мин, 3 - ta 40 мин.

На фиг.5 показана зависимость глубины травлени  кремни  Xj от длительности травлени  т, где крива  1 соответствует di 20 мкм, 2-d. 100 мкм, 3 - d3 300MKM.

На фиг.7 показана зависимость dmax от угла наклона «оси вращени  кассеты с пластиной в процессе травлени .

На фиг.8 показана топологи  рисунка промежутков и кристаллов а -дл  6-гранно- го кристалла, б-дл  4-угольного кристалла.

На фиг.6 показана гистограмма значений диаметров пузырей газообразных продуктов реакции травлени  кремни  в момент отрыва (при температуре процесса 22°С).

Изобретение было опробовано на участках изготовлени  кристаллов дл  диодов типа КД209,2Д106, имеющих разную форму и размеры.

Кристалл Диода КД209 имеет 6-гранную форму, описывающа  окружность имеет диаметр 2 мм, кристалл диода 2Д106 имеет квадратную форму.2,3 х 2,3 мм2. Толщина кремниевых пластин дл  этих диодов долу- скаетс  в пределах от 200 до 240 мкм. Глубину р-п перехода, как правило, на этих кристаллах располагают на рассто нии 90 - 120 мкм от поверхности р+стороны пластины , Такое расположение р-n перехода дик- туетс  получением оптимального градиента примеси при получении диодов средней и бол;, ой мощности.

После создани  р-n перехода путем диффузм - ЕЛЮМИНГ/.Л, бора и фосфора на со- ртветствующие стороны пластины на ее поверхность осаждают никель, Химическое осаждение никел  с отжигом Ьго сло  при температуре 600-700°С в среде водорода повтор ют 2-3 раза дл  получени  качест- венного омического контакта, На никелированные пластины, нанос т рисунок из сло  фоторезиста с помощью фотолитографического процесса. Слой фоторезиста нанос т в местах промежутков между полупровод никовыми структурами диодов. На свобод- .ные от фоторезиста области нанос т электрохимическим способом слой золота, толщиной 1-1,5 мкм, который выполн ет функции омического контакта и одновре- менно  вл етс  маскирующим покрытием при травлении промежутков дл  разделени  пластины на кристаллы. Перед травлением промежутков в смеси кислот HNOa: HF : НзСООН 6:1:3 фоторезист удал ют. Травление промежутков ведут до разделени  пластины на кристаллы - 20 - 55 мин. В процессе травлени  пластины диаметром 42 тз мм расположены в специальных фторопластовых кассетах, обеспечивающих зазор пластины со стенками в 1,5 - 2 мм. По зазору происходит пере- мещение раствора и газообразного продукта травлени , Кассеты с пластинами располагают в стакане, который вращают

соосно с кассетами и пластинами с частотой 50 - 75 об/мин, При этом ось вращени  стакана может иметь наклон - 70 - 80°, что составл ет наклону плоскости пластин или кассет-20 - 10°.

Наклонное вращение стакана и кассете пластинами осуществл етс  с целью выравнивани  процесса травлени  по площади пластины и дл  контрол  момента отрыва газообразных пузырей от поверхности пластины ;

Вращение кассет и пластин в наклонном положении измен ет траекторию движени  и всплывани  газовых пузырей по зазорам между пластинами и стенками кассет , что можно учесть при расчетах dmax в виде:

„72

9 pDcp J sin a

):

1

где «-угол наклона кассеты или пластины.

Экспериментальна  проверка этой зависимости проводилась на основе изменени  угла наклона а и измерений диаметра газовых пузырей. Угол наклона устанавливали равным 17°, 30°, 45°. При а- 90° вращение пластин в стакане велось с применением специального-привода (см.фиг,7),

Размеры пузырей измер лись при помощи микроскопа типа МБС-10 установленного над образцом в растворе, На фиг.б построена гистограмма значений диаметров газовых пузырей, измеренных в момент отрыва их от поверхности пластины. Из гистограммы следует, что средний размер пузыр  составл ет DCp 0,35 Ј 0.05 мм.

Подставл л полученное значение DCp ш 0,35 мм, а также значение в зкости / 1,0 , Нс/м2, р 103кг/м3, при и 17° sin 17° 0,29 в последнюю формулу, имеем:

72. 9,8

10

0,29 х 0,352

0,206 мм.

Экспериментальное значение dmax определ лось по зависимости скорости травлени  от ширины промежутков d. Разна  ширина промежутков изготавливалась с помощью специальной структуры (фиг,2), рисунок которой содержал щели-промежутки разной ширины - от 20 до 300 мкм. Маскирующие участки этой структуры выполн лись из сло  золота, выполненного по технологии изготовлени  диодов. Травление щелей структуры проводились разное врем . Затем при помощи шлифов профией травленных щелей определ ли глубину равлени  при каждой длительности травени  и по измеренным данным строились графические зависимости глубины травлени  от ширины щели и длительности травлени , см. фиг.4, фиг.5.

По моменту насыщени  зависимости глубины травлени  X от ширины d можно определить dmax, см. фиг.4. Так дл  кривых 1,2,3 на фиг.4 насыщение значений начинаетс  при d 5: 200 мкм, что соответствует расчетному значению dmax - 206 мкм.

Зависимости на фиг.4 и 5 могут быть использованы дл  уточнени  выбора ширимы промежутков меньших dmax дл  эаданне- го значени  смещени  острого участка на боковой поверхности кристалла, см. фиг.За.б, относительно плоскости р-п перехода . Пусть имеем пластину толщиной 220 мкм, и р-п переход на ней выполнен по середине толщины на глубине 110 мкм. Необходимо сместить острый- выступ от-ртп перехода на 20 мкм ниже. Дл  этого сначала определ ем глубину.травлени  кремни  через широкий промежуток, больший dmax. Эта глубина составл ет 110 мкм + 20 мкм 130 мкм, т.е. 130 мкм составл ет глубину области смыкани  фронтов травлени , измеренного со стороны широкого промежутка . .- ..- - .;

Следовательно, глубина травлени  пластины со стороны узкого промежутка составит 220 мкм - 130 мкм 90 мкм, т.е. 90 мкм составл ет глубину области смыкани  фронтов травлени , измеренного со стороны узкого промежутка. Теперь по зависимости на фиг.5 определ ем длительность травлени  промежутка шириной более dmax на глубину 130 мкм - по кривой 3 фиг.5 имеем t 25

Затем по кривой зависимости на фмг.4 дл  кривой/соответствующей t 25 мин, определ ем ширину промежутка через которую за 25 мин промежуток травитс  на глубину 90 мкм : получаем - 100 мкм,

Таким образом, ширина узкого промежутка должна быть выполнена равной 109 мкм..

При вышеуказанных промежутках области смыкани  фронтов травлени  смест тс  от р-п перехода, наход щегос  посередине толщины пластины, на 20 мкм.

Именно указанное изменение ширины промежутков было выполнено при изготовлении фотошаблонов дл  изготовлени  диодов типа КД209, 2D106, см.фиг.8а,б.

В результате опробовани  предложени  на участках изготовлени  полупроводниковых структур к диодам КД209, 2Д106 увеличилс  выход годных кристаллов по внешнему виду и электропараметрам на 37% ..

Применение узких промежутков между кристаллами позволило одновременно увеличить раскрой кристаллов КД209 на 20% и

кристаллов 2Д1 Об на 10-12%.

Claims (1)

1. Формула из обретени  Способ изготовлени  полупроводниковых диодов, включающий формирование в исходной пластине глубокозалегающего p-n-перехода вблизи середины толщины , маскирование обеих поверхностей пластины, создание в маскирующем покрытии с обеих сторон противолежащего рисун-- ка вскрытых промежутков дл  разделени 

   пластин на кристаллы и двустороннее химическое жидкостное травление пластин до разделени  на кристаллы, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  выхода годных диодов за счет контролируемого

   смещени  области смыкани  фронтов травлени  на боковой поверхности кристаллов от плоскости р-п-перехода, предварительно определ ют ширину промежутка рисунка дл  разделени  dmax, при превышении которой скорость травлени  в данном травителе посто нна, устанавливают зависимость скорости травлени  от ширины промежутка при его величине менее dmax, исход  из глубины залегани  p-n-перехода и величины требуемого смещени  области смыкани  фронтов травлени  от плоскости p-n-перехода- рассчитывают необходимое соотношение ширины промежутков с обеих сторон, после чего на одной стороне пластины изготавли-в а ют промежутки рисунка в маскирующем покрытии шириной не менее dmax, а на противоположной стороне пластины в направлении смещени .области смыкани  фронтов травлени , промежутки рисунка изготавливают с шириной менее dmax. соответствующей рассчитанному соотношению, и провод т двустороннее травление.

   rT

   со

   Г .

   СО

   Яг

   Х|,

   L

   d,MKH

   50 1% 40 30 0 /О

   О0,2 Фиг.6.

   РА0.6 Л5

   ;/v/4

   3001 тох N w

   00/00 ..t

   Р

   .„

   f

   рьг.

   3S

   J

   IJ ,

   ЩАХ