способ изготовления полупроводниковых приборов
Классы МПК: | H01L21/283 осаждением электропроводящих или диэлектрических материалов для электродов |
Автор(ы): | Велигура Г.А., Сакун В.В. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт электронной техники |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-10-06 публикация патента:
27.05.1997 |
Использование: в микроэлектронике, в частности в производстве полупроводниковых приборов при подготовке кристаллов к монтажу в корпус. Сущность изобретения: на коллекторную сторону пластины со сформированными структурами полупроводниковых приборов последовательно наносят слой алюминия и германия. Пластины разделяют на кристаллы и проводят напайку кристаллов на кристаллодержатель. После нанесения слоя германия наносят дополнительный слой алюминия толщиной в пределах 0,05-0,15 толщины слоя германия и проводят термообработку в газовой среде с содержанием окисляющих компонентов кислорода и/или паров воды на более 3 об.% при 424 - 510oC.
Формула изобретения
Способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий последовательное нанесение на коллекторную сторону пластины со сформированными структурами полупроводниковых приборов слоев алюминия и германия, разделение пластин на кристаллы, напайку кристаллов на кристаллодержатель, отличающийся тем, что после нанесения слоя германия наносят дополнительный слой алюминия толщиной в пределах 0,05 0,15 толщины слоя германия, после чего проводят термообработку в газовой среде с содержанием окисляющих компонентов кислорода и (или) паров воды не более 3 об. в диапазоне температур 424 510oС.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к производству полупроводниковых приборов, и может быть использовано при подготовке кристаллов к монтажу в корпус. Известен способ монтажа кристаллов в металлический корпус, по которому прокладку из эвтектического сплава, например золото-германий, помещают между кристаллом и нагретым до температуры эвтектики сплава корпусом [1]Недостатком известного способа являются низкие электрофизические параметры полупроводниковых приборов, вызванные тем, что при монтаже не обеспечивается полный по площади контакт кристалла к основанию корпуса. Из известных наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий последовательное нанесение на коллекторную сторону пластин со сформированным структурами полупроводниковых приборов слоев алюминия и германия, разделение пластин на кристаллы, напайку кристаллов на кристаллодержатель, покрытый алюминием [2]
Недостатками известного способа являются невоспроизводимость и низкие электрофизические параметры полупроводниковых приборов, которые вызваны неполнотой (по площади) контакта кристалла к основанию корпуса вследствие частичного окисления германия, а также его растрескивания и отшелушивания на отдельных участках. Уменьшение площади соединения кристалла с кристаллодержателем ведет к росту теплового сопротивления (Rtn-k), уменьшению рассеиваемой мощности. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение электрофизических характеристик полупроводниковых приборов и повышение воспроизводимости технологического процесса за счет увеличения площади смачиваемости контактирующих поверхностей, уменьшения вероятности окисления спаиваемой поверхности и предварительного (на пластине) получения твердого раствора (сплава) Al-Ge. Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления полупроводниковых приборов, включающем последовательное нанесение на коллекторную сторону пластины со сформированными структурами полупроводниковых приборов слоев алюминия и германия, разделение пластин на кристаллы, напайку кристаллов на кристаллодержатель, согласно изобретению после нанесения слоя германия наносят дополнительный слой алюминия толщиной в пределах 0,05 0,15 толщины слоя германия, после чего проводят термообработку в газовой среде с содержанием окисляющих компонентов кислорода и/или паров воды не более 3 об. в диапазоне температур 424 510oC. В процессе тремообработки пластин в диапазоне температур 424 510oC на границе раздела первого лежащего к кремнию слоя алюминия и германия имеет место взаимное растворение алюминия и германия. Образующийся при этом на границе раздела слоев алюминия и германия переходной слой создает достаточное сцепление слоя германия с лежащим под ним слоем алюминия, что обеспечивает целостность коллекторного покрытия при любых сопутствующих резке и ломке пластин механических напряжениях. Проведение термообработки пластин в любых газовых средах с умеренным, не более 3% содержанием окисляющих компонентов, например в азоте или техническом аргоне, становится возможным благодаря защитной роли дополнительного слоя алюминия. Слой алюминия защищает германий от окисления как в процессе термообработки пластин, так и при напайке кристаллов, которую при наличии дополнительного слоя алюминия разрешается проводить непосредственно на воздухе, что существенно упрощает технологический процесс напайки, обеспечивая в то же время полный на 100% контакт кристалла и кристаллодержателя. Термообработка пластин со сформированным коллекторным покрытием Al Ge - Al в газовых средах с повышением содержанием (более 3%) окисляющих компонентов, например на воздухе, может приводит к окислению коллекторного покрытия и невоспроизводимости процесса напайки кристаллов. Интервал допустимых толщин дополнительного защитного слоя алюминия выбран исходя из необходимости выполнения условия полного растворения слоя алюминия и германия. Нарушение этого условия при толщинах 0,15 толщина слоя германия приводит к сохранению после термообработки либо чисто алюминиевой поверхности либо слоя, обогащенного алюминием, что отрицательно сказывается на качестве напайки. Уменьшение же толщины дополнительного слоя алюминия менее 0,05 толщины слоя германия приводит к образованию на поверхности коллекторного покрытия слоя, обогащенного германием, который имеет достаточной защиты от окисления. Конкретные значения режимов термообработки коллекторного покрытия выбирают в зависимости от термостабильности металлизации полупроводникового прибора и возможных других реакций материалов в структуре. Минимально допустимое значение температуры термообработки 424oC является температурой эвтектики сплава алюминий германий. Превышение границы в 510oC ведет к заведомому росту токов утечек p-n переходов на большинстве типов кремниевых приборов из-за деградации структур. Испытания предлагаемого способа на опытных партиях транзисторов малой и средней мощности типа КТ 3102, КТ 3107, КТ 816, КТ 817, КТ 604, КТ 602 и ИС типа КР 105НК1, 105ИНК2, 105ИНК3, показали, что за счет введения дополнительного слоя металла повышен выхода годных структур и улучшены такие характеристики транзисторных структур, как Икэнас на 30 50% на 10 - 20% воспроизводимость процесса напайки кристаллов до 100%
Предложенный способ реализуют при изготовлении полупроводниковых приборов согласно следующему маршруту. Пример 1. На кремниевых пластинах создают транзисторные структуры методами фотолитографии, ионного легирования и диффузии. Формируют алюминиевую металлизацию транзисторных структур. После вжигания металлизации при 510

предварительный вакуум 5 x 10-7 мм рт.ст. температура подложки 250

ток алюминиевой мишени 10

ток германиевой мишени 1,5-2А,
давление аргона 5



Пластины подвергают резке и разделяют на кристаллы. Методом контактно-реактивной пайки кристаллы припаивают к основанию корпуса, покрытому алюминием. Температура напайки 460 480oC, время процесса 1 3 с. Пайка проводится на воздухе. Пример 2. Отличается толщинами трехслойной коллекторной металлизации:
толщина первого слоя алюминия составляет 0,5 мкм,
толщина слоя германия 0,1 мкм,
толщина верхнего слоя алюминия 0,005 мкм. Время термообработки 1 мин при 430

Класс H01L21/283 осаждением электропроводящих или диэлектрических материалов для электродов