Способ изготовления силового запираемого тиристора

 

Использование: изготовление силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттерными р-п(+)-переходами на выступах меза-рельефа в микроэлектронике. Сущность изобретения: диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадий: первая стадия - для создания слаболегированной, вторая - сильнолегированной области. Селективное травление кремниевой пластины выполняют перед второй стадией диффузии. Способ позволяет повысить запирающий ток тиристора за счет повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости. 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1 21/332

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ь"„,,К ПАТЕНТУ (21) 4943801/25 (22) 13.06.91 (46) 23.03.93. Бюл. ¹ 11 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. Й.И.Ленина (72) П.Г.Дерменжи (73) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина (56) H.Ohashi et all. High voltage, high current

gate turn — off thiristor, — ТозЫЬа review.

1977, И 112, р.23-27.

Патент ФPI №280272?, кл, Н 01L29/74, 1982.

О. Yamada et аП. High freguency reverse

conducting GT0 thirlstor, — Proc. 19901ntern.

power eIectronlce conference IPEC-Tokyo, 1990, v,2, р.1105 — 1110.

Т.Yatsuo et all. Ultrahifh-voltage hlghcurrent gate turn — off thyristors, IEEE Trans

Electron 0evlces. 1984, v.ED-31, № 12, р.1681-1685, Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления силовых запираемых тиристоров, и может быть использовано также для изготовления силовых биполярных транзисторов и комбинированно выключаемых тиристоров, т.е. приборов, выключение которых из проводящего состояния осуществляется приложением к управляющему электроду потенциала, смещающего дискретные эмиттерные переходы в обратном направлении, Целью изобретения является повышение максимального запираемого тока силовых запираемых тиристоров за счет повышения концентрации акцепторных примесей s области меза-рельефа управляЫ2 1804663 А3 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛОВОГО

ЗАПИРАЕМОГО ТИРИСТОРА (57) Использование: изготовление силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттерными р-и(+)-переходами на выступах меэа-рельефа в микроэлектронике, Сущность изобретения; диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадии: первая стадия — для создания слаболегированной, вторая— сильнолегированной области. Селективное травление кремниевой пластины выполняют перед второй стадией диффузии. Способ позволяет повысить запирающий ток тиристора за счет повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости. 5 ил. емой р-базы без увеличения трудоемкости изготовления.

Данная цель достигается тем, что в спо.собе изготовления силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттерными р-п -пе+ реходами на выступах меза-рельефа, включающем диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы, .селективную диффузию донорных примесей для создания дискретных эмиттерных р-n+-переходов, селективное травление кремниевой пластины для создания меза-рельефа, диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадии, вначале для создания слаболегиро-. ванной, затем сильнолегированной области, а селективное травление кремниевой

1804663

Ф

55 пластины выполняют перед второй стадией диффузии акцепторных примесей.

Таким образом, предлагаемый способ имеет иную последовательность выполне- ния технологических процессов: сначала диффузию акцепторных примесей для создания слаболегированной области управляемой р-базы (первая стадия диффузии акцепторных примесей), затем селективное травление кремниевой пластины для создания меза-рельефа в управляемой р-базе и диффузию акцепторных примесей для создания сильнолегированной области управляемой р-базы (вторая стадия диффузии акцепторных примесей).

В предлагаемом способе за счет того, что вторую стадию диффузии акцепторных примесей проводят после селективного травления кремниевой пластины, достига.ют повышения концентрации акцепторных примесей в области меза-рельефа управляемой р-базы. Это обеспечивает снижение входных сопротивлений дискретных эмиттерных ячеек 4х, Высокое совершенство современных диффузионных процессов обеспечивает также малый разброс значений R». Исключение селективного травления после второй стадии диффузии позволяет сохранить малые значения R >< и малый разброс значений R x. Таким образом, в предлагаемом способе без увеличения трудоемкости изготовления тиристора удается достигнуть повышения запираемого тока на 10-15

На фиг.1-4 показана технологическая схема изготовления полупроводниковой структуры силового запираемого тиристора по предлагаемому способу; на фиг.5 — готовая полупроводниковая структура, изготовленная по предлагаемому способу.

Технологическая схема изготовления силового запираемого тиристора по предлагаемому способу предусматривает выполнение процессов в следующей последовательности: в кремниевую пластину 1 проводят первую стадию диффузии акцепторных примесей для создания слаболегированной области 2 управляемой р-базы (фиг.1); осуществляют селективное травление кремниевой пластины со стороны управляемой р-базы, создавая меза-рельеф со впадинами 3 и выступами 4 (фиг.2); проводят вторую стадию диффузии акцепторных примесей в кремниевую пластину со стороны меэа-рельефа, создавая сильнолегированную область 5 управляемой р-базы (фиг.3); проводят селективную диффузию донорных примесей, создавая дискретные эмиттерные и -слои 6 и р-и -переходы 7 на выступах меза-рельефа (фиг.4).

На фиг.5 представлена готовая полупроводниковая структура, изготовленная по предлагаемому способу, со слоями металлизации 8 и 9 управляемой р-базы и дискрет+ ных эмиттерных и -слоев, пассивирующей диэлектрической пленкой 10 на границах эмиттерных р-и - переходов и изолирующей пленкой 11 на слое металлизации управляемой р-базы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить низкие значения входных сопротивлений дискретных эмиттерных ячеек R,x и малый разброс этих сопротивлений, так как диффузию акцепторных примесей проводят после создания меэа-рельефа и приповерхностные слои управляемой р-базы не подвергают последующему травлению, Способ позволяет получить более высокую концентрацию акцепторных примесей и более высокую однородность распределения примеси по рельефу, что ведет к повышению значений максимально запираемого тока силового тиристора без увеличения трудоемкости его изготовления и себестоимости за счет исключения дополнительных процессов, связанных с долегированием акцепторными примесями подконтактной и. приконтактной поверхностей меза-рельефа в управляемой р-базе.

Данный способ использован при изготовлении опытных образцов запираемых тиристоров на основе кремниевых структур диаметром 40 и 56 мм, содержащих по 336 и 550 дискретных эмиттерных р-и -перехо- дов соответственно, Сначала в исходные полированные пластины кремния проводили диффузию алюминия при 1250 С в течение 15-18 ч.

Поверхностная концентрация алюминия

=5 10 см, глубина диффузии okono

70-80 мкм.

Затем проводили травление в управляемой р-базе меза-рельефа со впадинами глубиной 20 — 25 мкм с использованием травителя HF:ÍÈOç:ÑH3ÑÎOH = 1:4:9; После этого в кремниевые пластины для создания сильнолегированной области управляемой р-базы проводили диффузию Ga при 1250ОC в течение 13 — 15 ч. Глубина диффузии Оа (толщина сильнолегированной области рбазы) = .40-45 мкм, поверхностная концентрация Ga около (1-1,5) 10" смз.

Диффузию донорной примеси(фосфора) для создания дискретных эмиттерных и -слоев проводили в 2 этапа: загонку при 1150 С в течение 20 мин и разгонку при 1250ОС в о

1804663 течение 24.ч. Глубина диффузии фосфора около 20 мкм, поверхностная концентрация свыше 10 см э.

В качестве пассивирующей пленки на границах дискретных эмиттерных р-и -переходов использовали термически выра-. щенную двуокись кремния, а в качестве изолирующей пленки на слое металлиэации управляемой р-базы — полиимидную смолу, Запираемые тиристоры, изготовленные по предлагаемому способу на основе радиационно-легированного кремния с удельным сопротивлением около 100 Ом см, блокировали в закрытом состоянии и обратном направлении напряжения до 2400 и

3000 В соответственно.

Благодаря, использованию предлагаемого способа изготовления без увеличения трудоемкости и себестоимости приборов максимальные запираемые токи изготов-ленных образцов запираемых тиристоров удается повысить примерно на 10-15$. т,е. примерно на 70 — 100 А и 100-150 А для тиристоров на основе кремниевых пластин диаметром 40 и 56 мм соответственно.

Формула изобретения

Способ изготовления силового запираемого тиристора с меза-рельефом в управляемой р-базе и дискретными эмиттерными

5 р-и -переходами на выступах меза-рельефа, включающий диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы, селективную диффузию донорных примесей для создания дискретных эмиттерных

10. р-и -переходов, селективное травление кремниевой пластины для создания меэарельефа, отличающийся тем, что, с целью повышения максимального запираемого тока за счет повышения концентрации

15 акцепторных примесей в области мезарельефа управляемой р-базы без увеличения трудоемкости, диффузию акцепторных примесей для создания управляемой р-базы проводят в две стадии, вначале для соэда20 ния слаболегированной, затем — сильнолегированной областей, а селективное травление кремниевой пластины выполняют перед второй стадией диффузии акцепторных примесей.

1804663

Составитель П.Дерменжи

Техред М.Моргентал Корректор. О,Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент"., г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1080 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5