МАСКА ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ МЕЗАСТРУКТУРЫ

Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции масок для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем с мезаструктурами, полученных изотропным травлением.
При формировании мощных полупроводниковых приборов часто используют изоляцию pn-переходов методом травления мезаструктур. (см., например, книгу Е.З. Мазель, Мощные транзисторы (Б-ка по радиоэлектронике. Вып. 22). М., «Энергия», 1969, с. 171-172). При вытравливании мезаструктур используют разнообразные типы масок, которые защищают от травителя рабочую часть полупроводникового прибора и позволяет вытравить канавку мезаструктуры в тех местах, где нет маски. Для того чтобы напряжение пробоя pn-перехода было максимально, необходимо чтобы конфигурация мезаструктуры была одинакова и проходила под углом меньше, чем 90° к обедненному слою pn-перехода, а также чтобы на поверхности мезаструктуры в области обедненного слоя pn-перехода отсутствовали выступы, ямки и радиус скругления был постоянен.
Известна маска для изотропного травления мезаструктуры на кремниевых pn-переходах, состоящая из слоя оксида кремния или нитрида кремния на кремнии и отверстий в этом слое до кремния (см., например, книгу К. Сангвала, Травление кристаллов: теория, эксперимент, применение: Пер. с англ. - М: Мир, 1990, с. 411-412).
Недостатком такой маски является то, что маскирующие слои требуют дополнительных термических операций (окисление, химического осаждения и т.п.), что усложняет технический процесс. Также при формировании слоя маски, закрытая слоем маски рабочая поверхность пластины может повреждаться, за счет наличия дефектов в слое маски, вызванных, например, запыленностью обрабатываемой поверхности, дефектами фотошаблонов и т.п.
Указанный недостаток частично устранен в маске для изотропного травления мезаструктуры на кремниевых pn-переходах, состоящей из слоя фоторезиста и отверстий в этом слое до кремния (см. например, каталог компании «Химмед», Химикаты для микроэлектроники BREWER SCIENCE, с. 18 на сайте www.chimmed.ru).
По сравнению с предыдущей, формирование данной маски не требует дополнительных технологических операций, но недостатком такой маски является высокая стоимость фоторезиста. Также при использовании данной маски рабочая поверхность пластины может повреждаться, как и в предыдущей, за счет наличия дефектов в слое маски, вызванных, например, запыленностью обрабатываемой поверхности, дефектами фотошаблонов и т.п.
Наиболее близкой к предлагаемой является маска для изотропного травления мезаструктуры на кремниевых pn-переходах, состоящая из слоя оксида кремния на кремнии, слоя фоторезиста на слое оксида кремния и отверстий в этих слоях до кремния, описанная в статье Е.Я Швеца, В.М. Воскресенского и др. Изоляция меза-фасок полупроводниковых приборов легкоплавкими стеклами на основе оксидов свинца, алюминия и кремния, на сайте Запорожской государственной инженерной академии http://www.zgia.zp.ua.
Т. к. слои маски из оксида кремния и фоторезиста формируются в разных процессах фотолитографии, то вероятность попадания дефекта в одном слое маски на дефект в другом слое очень невелика. Поэтому повреждение рабочей поверхности за счет слоев маски практически исключается.
Однако при изотропном травления кремния наблюдается подтрав под маску шириной, соизмеримой с глубиной травления мезаструктуры. В местах подтрава накапливается водород, который препятствует травлению мезаструктуры. В результате чего, поверхность кремния в местах скопления водорода не вытравливается и, как правило, имеет перпендикулярную рабочей стороне поверхность, что повышает напряженность электрического поля в обедненном слое pn-перехода и напряжение пробоя pn-перехода снижается. Для удаления водорода во время травления полупроводниковые пластины непрерывно встряхивают, чтобы удалить водород. При встряхивании края маски неконтролируемо обламываются. В результате чего на поверхности мезаструктуры возникают дефекты, связанные с увеличенной величиной подтрава под маску, что искажает поверхность мезаструктуры и снижает напряжение пробоя pn-переходов по сравнению с расчетным.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение напряжение пробоя pn-переходов.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных масок для изотропного травления мезаструктуры на кремниевых pn-переходах, состоящих из слоя оксида кремния на кремнии, слоя фоторезиста на слое оксида кремния и отверстий в этих слоях до кремния, в предлагаемой маске слой фоторезиста заходит на слой кремния в отверстия на расстояние L, причем 1,2 W≤L≤Н, где W - ширина обедненного слоя pn-перехода при пробое, Н - глубина травления мезаструктуры.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что в предлагаемой маске для изотропного травления мезаструктуры на кремниевых pn-переходах слой фоторезиста заходит на слой кремния в отверстия на расстояние L, причем 1,2 W≤L≤Н, где W - ширина обедненного слоя pn-перехода при пробое, Н- глубина травления мезаструктуры.
Минимальная величина расстояния L, равная 1,2 W, обеспечивает расширение обедненной области W, выходящей на поверхность канавки в мезаструктуре примерно в 1,5 раза, что с запасом повышает напряжение пробоя pn-переходов.
Максимальная величина расстояния L равна Н. При больших значениях расстояния L происходит потеря площади кристалла, что экономически не целесообразно.
При травлении мезаструктуры с предлагаемой маской в жидкостном изотропном травителе часть эластичной маски из фоторезиста постепенно отслаивается не обламываясь, что предотвращает накопление водорода в местах подтрава. В результате чего на поверхности мезаструктуры не возникает участков, перпендикулярных к обедненной области pn-перехода и дефектов, что повышает напряжение пробоя рn-переходов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведен разрез кремниевого pn-перехода с маской для изотропного травления мезаструктуры, на фиг. 2 приведена иллюстрация процесса изотропного травления с предлагаемой маской.
Позициями на фигурах 1,2 обозначены:
1 - кремниевая подложка n-типа проводимости;
2 - эпитаксиальный слой р-типа проводимости;
3 - слой оксида кремния;
4 - слой фоторезиста;
Н - глубина травления мезаструктуры;
L - расстояние, на которое заходит слой фоторезиста на слой кремния;
W - ширина обедненного слоя pn-перехода при пробое.
Указанная маска была использована при изготовлении меза-планарного диода.
На кремниевой подложке 1 n-типа проводимости и ориентацией 111, легированной сурьмой до удельного сопротивления 0,01 Ом·см, на которой сформирована эпитаксиальная пленка 2р - типа толщиной 20 мкм и сопротивлением 12 Ом·см, формируется омический контакт к р-области, путем проведения операций фотолитографии и диффузии бора на глубину 2 мкм с поверхностным сопротивлением 16  Во время диффузии бора рабочая поверхность диода покрывается слоем оксида кремния 3 толщиной 0,4-0,6 мкм, который в дальнейшем является частью маски для изотропного травления мезаструктуры. Максимальная ширина обедненной области pn-перехода W при наибольшем напряжении пробоя (300 В) составляет 20 мкм.
Далее вскрывают контакты к сильнолегированной р-области и линии, где будет располагаться мезаструктура. Ширина линии для формирования мезаструктуры выбирается из следующих соображений: если по дну мезаструктуры будут проводить разделение на кристаллы дисками, то до толщины диска (около 100 мкм) добавляют 2 ширины нарушенного слоя, равного 20 мкм. При изготовлении меза-планарного диода максимальная глубина травления мезаструктуры Н составляет 35 мкм. Поэтому в слое оксида кремния 3 вскрывают окно маски под мезаструктуру и линию разделения шириной, равной сумме 100 мкм +2·20 мкм +2·35 мкм=210 мкм.
3
4
После напыления алюминиевой металлизации на анод и фотолитографии слоя металлизации на рабочую поверхность наносят кислотостойкий фоторезист 4, в котором формируют окно под травление мезстрактуры. Ширину окна под травления мезаструктуры выбирают равной 210 мкм - 2·L, где L выбираем, например, 25 мкм (исходя из неравенства, приведенного в формуле: 1,2 W≤L≤Н). Далее проводят травление канавки под мезаструктуру в изотропном травителе при температуре травителя (10…12)°С в течение 3…6 минут при скорости травления 6…8 мкм в минуту. При травлении мезаструктуры в жидкостном изотропном травителе с предлагаемой маской часть эластичной маски из фоторезиста постепенно отслаивается не обламываясь, что предотвращает накопление водорода в местах подтрава, в результате чего на поверхности мезаструктуры не возникает отклонения от идеальной формы. Для защиты поверхности рn-перехода поверхность мезаструктуры и слоя оксида кремния покрывают слоем SiN толщиной 0,2 мкм
3
4
Предлагаемая конструкция маски позволяет при травлении мезаструктуры исключить появление «крыши» из оксида кремния над мезаструктурой, поэтому толщина слоя SiN на всей поверхности будет одинакова.
Анализ таблицы 1 показывает, что использование заявляемой маски для изотропного травления мезаструктуры (строки № n/n 3, 4) позволяет повысить напряжение пробоя рn-переходов и уменьшить разброс величин напряжения пробоя.