×
19.04.2019
219.017.304c

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении таких приборов как, например, гетеропереходные полевые транзисторы (НЕМТ), биполярные транзисторы (BJT), гетеробиполярные транзисторы (НВТ), p-i-n диоды, диоды с барьером Шотки и многие другие. Изобретение обеспечивает упрощение технологии изготовления приборов, повышение их мощности и, практически, устраняет изгиб структуры. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводникового прибора, включающем выращивание на базовой подложке поликристаллического алмаза, эпитаксиальных вспомогательных слоев и эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, на поверхности базовой подложки формируют вспомогательные эпитаксиальные слои, один из которых является базовым для выращивания эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, на вспомогательных эпитаксиальных слоях выращивают поликристаллический алмаз, а после выращивания алмаза базовую подложку удаляют вместе с вспомогательными эпитаксиальными слоями до базового слоя, на котором выращивают эпитаксиальную структуру полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов. Для выращивания эпитаксиальной структуры III-нитридов предпочтительно в системе вспомогательных эпитаксиальных слоев в качестве базового слоя выращивать слой AlGaN, где 0≤x≤1. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении таких приборов как, например, гетеропереходные полевые транзисторы (НЕМТ), биполярные транзисторы (BJT), гетеробиполярные транзисторы (НВТ), p-i-n диоды, диоды с барьером Шотки и многие другие.

В настоящее время широкое распространение получили приборы на основе гетеропереходной эпитаксиальной структуры (ГЭС) типа AlGaN/GaN.

Слои ГЭС наносятся эпитаксиальными методами, такими как метод химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD), метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МВЕ), метод гидридной эпитаксии из паровой фазы (HVPE) и другими. В отличие от традиционных полупроводниковых материалов широкозонные III-нитриды имеют гексагональный тип кристаллической решетки, и их получают в виде тонких гетероэпитаксиальных структур на подложках, имеющих гексагональный тип решетки. Для этой цели, как правило, используют подложки из сапфира (Аl2O3), карбида кремния (SiC), объемного нитрида алюминия (AlN) или нитрида галлия (GaN), псевдообъемного GaN, подложки из кремния с ориентацией по плоскости (111) (Si(111)), а также заготовки GaN (или AlN) на подложке, служить которой может одна из вышеперечисленных [1].

Однако мощность изготовленных таким способом приборов ограничивается сравнительно низкой теплопроводностью подложки, на которой они изготовлены.

В наиболее близком техническом решении [2] на подложке, пригодной для выращивания поликристаллического алмаза, например из кремния, выращивают тонкий (от 0,5 до 30 мкм) слой алмаза, на ростовой поверхности которого формируют слой, подходящий для эпитаксиального наращивания, и первый слой сложного полупроводника. Этот слой может быть монокристаллическим и может быть выбран из группы, включающей Si, GaAs, SiC и Аl2О3.

Возможно наличие дополнительного второго слоя, сложного полупроводника, включающего: AlxGayInzAsmPnNoSbk, в котором х, у, z, m, n, о и k каждый имеет значение большее или равное нулю и меньшее или равное единице и x+y+z=1 и m+n+o+k=1, в котором второй слой сложного полупроводника имеет состав, отличный от первого слоя сложного полупроводника.

Возможно наличие дополнительного буферного слоя, выбранного, например, из группы, состоящей из HfN и AlN и расположенного между базовым слоем и первым слоем сложного полупроводника.

Возможно наличие промежуточного слоя, выбранного из группы, состоящей из поликремния, окислов кремния, нитрида кремния, карбида кремния, углерода, III-V полупроводников или комбинации из них, и расположенного между алмазным слоем и базовым слоем.

Первый слой сложного полупроводника содержит AlxGayInzAsmPnNoSbk, в котором х, у, z, m, n, о и k каждый имеет значение больше чем или равное "0" и меньше или равное единице и x+y+z=1 и m+n+o+k=1. Первый слой сложного полупроводника может содержать GaN.

Известная структура содержит по порядку: кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, либо кремниевую подложку, теплопроводящий алмазный слой, поликремниевый слой, монокристаллический кремниевый слой и эпитаксиальный GaN слой, а буферный слой выбран из группы, состоящей из HfN и AlN.

Известная структура имеет параметр изгиба до 25 мкм вогнутой формы и до 300 мкм выпуклой формы с лицевой стороны GaN. К основным недостаткам прототипа следует отнести:

- в сформированной структуре кремниевая подложка, на которой выращивают поликристаллический алмаз, будет существенно уменьшать отвод тепла от полупроводниковой структуры;

- тонкий слой алмаза (0,5-30 мкм) ограничивает отвод тепла от полупроводниковых структур и требует трудоемкой обработки (шлифовки и полировки). Это обусловлено тем, что полупроводниковую структуру формируют на ростовой поверхности поликристаллического алмаза, высота шероховатости которой достигает 10% от толщины слоя, что не позволяет сформировать структуру. При увеличении толщины алмазного слоя до конструкционной толщины, например до 0,15 мм, высота микронеровностей достигнет 15 мкм, что значительно увеличивает сложность и длительность обработки;

- готовая структура имеет существенный изгиб из-за недостаточной толщины алмаза.

Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения технологии изготовления приборов, повышения их мощности и, практически, устранения изгиба структуры.

Технический результат при этом заключается в создании широкозонной полупроводниковой структуры на пластине из поликристаллического алмаза, толщина которой не ограничена единицами микрометров, а наоборот ее целесообразно брать как можно большей, например от 0,15 мм до 0,5 мм и более. Поверхность роста алмаза остается открытой и предназначена для монтажа приборной структуры в корпусе транзистора, что существенно улучшает отвод тепла от транзисторной структуры.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления полупроводникового прибора, включающем выращивание на базовой подложке поликристаллического алмаза, эпитаксиальных вспомогательных слоев и эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, на поверхности базовой подложки формируют вспомогательные эпитаксиальные слои, один из которых является базовым для выращивания эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, на вспомогательных эпитаксиальных слоях выращивают поликристаллический алмаз, а после выращивания алмаза базовую подложку удаляют вместе со вспомогательными эпитаксиальными слоями до базового слоя, на котором выращивают эпитаксиальную структуру полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов.

Для выращивания эпитаксиальной структуры III-нитридов, например GaN, предпочтительно в системе вспомогательных эпитаксиальных слоев в качестве базового слоя выращивать слой AlxGa1-хN, где 0≤х≤1.

Этот слой может быть самым верхним, на котором выращивают алмаз.

Слой поликристаллического алмаза предпочтительно выращивать толщиной ≥ 0,15 мм.

Технических решений, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками, не выявлено, что позволяет сделать выводы о соответствии заявленных технических решений критерию новизны.

Толщину слоя поликристаллического алмаза необходимо выбирать достаточной, чтобы после изготовления широкозонная структура имела незначительный изгиб или оставалась совершенно плоской, имела достаточную прочность для дальнейшего использования в приборах, работающих в условиях циклических изменений температур, а также и удобной в дальнейшем технологическом цикле изготовления прибора.

Например, на подложках из поликристаллического алмаза толщиной 0,05 мм и с размерами 1×2 мм, напаянных на медный теплоотвод, появлялись трещины при термоциклировании от -60 до +400°С из-за большого различия в температурном расширении алмаза и материала теплоотвода, что ограничивает возможности использования GaN приборов, способных работать при высоких температурах. Проведенные эксперименты показали, что, начиная с толщины 0,15 мм, подложки из алмаза не разрушаются.

Краткое описание чертежей

Фиг.1-4 иллюстрируют последовательность изготовления многослойной эпитаксиальной структуры полупроводникового прибора на основе широкозонных III-нитридов, в котором на поверхности базовой подложки 1, например, из монокристаллического кремния р-типа, ориентированного по плоскости (III), осаждают эпитаксиальные слои 2 (фиг.1), по крайней мере, базовый слой 3 (фиг.2) из которых предназначен для выращивания эпитаксиальной структуры III-нитридов. В качестве базового слоя 3 предпочтителен слой AlxGa1-xN, где 0≤х≤1. На базовом слое 3 поликристаллический алмаз 4 может быть выращен непосредственно, либо на одном из вспомогательных эпитаксиальных слоев, расположенных над слоем 3. После выращивания поликристаллического алмаза базовую подложку 1, например, из кремния, удаляют широко известными методами мокрого и сухого травления вместе с эпитаксиальными слоями до базового слоя 3 (фиг.3), на котором выращивают эпитаксиальную структуру 5 III-нитридов, например GaN (фиг.4).

Достоинство заявляемого технического решения в том, что все слои в структурах получены с использованием хорошо известных эпитаксиальных методов и не требуются специальные технологии обработки и/или способы присоединения слоев, например, такие как «Smаrt»-технология. Полупроводниковая структура оказывается сформированной практически на поверхности подложки большой конструкционной толщины из высокотеплопроводного поликристаллического алмаза. Исключается необходимость в проведении трудоемкой операции полировки поверхности алмаза до состояния, пригодного для технологии термоприсоединения слоев при дальнейшем изготовлении приборов.

Тем самым, новая совокупность признаков позволяет сделать заключение о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Возможность реализации заявленного технического решения подтверждается совокупностью нижеследующих пояснений и примеров.

Способы выращивания эпитаксиальных слоев AlN и GaN на Si(111), a также GaN на AlN описаны в ряде публикаций (1, 3 и др.).

Кремний можно удалить известными методами мокрого и сухого травления в составах, к которым инертны AlN и GaN. Таким травителем может быть, например, водный раствор 1 ч. НF:5 ч. Н2O. Возможность выращивания поликристаллического алмаза на AlN и GaN подтверждается примерами 1 и 2.

Пример 1. На подложке с эпитаксиальным слоем AlN толщиной 0,1 мкм был выращен полиалмаз толщиной 200 мкм в СВЧ разряде на установке УП-СА-100 (СВЧ мощность 5 кВт, частота 2,45 ГГц) с использованием реакционной смеси СН4(10%)/Н2(88,5%)/O2(1,5%). Условия осаждения были следующие: расход водорода 0,53 л/мин, давление в камере 95 Торр, вводимая в камеру СВЧ мощность 4,6 кВт, температура подложки 940°С. Даже при наличии напряжений растяжения и сжатия на границе раздела алмаз-AlN, возникающих из-за различия в тепловом расширении AlN и алмаза после окончания процесса осаждения алмаза на эпитаксиальный слой AlN при охлаждении от температуры синтеза до комнатной, была получена удовлетворительная величина адгезии полиалмаза к AlN.

Пример 2. На подложке с эпитаксиальным слоем GaN был выращен полиалмаз толщиной 200 мкм. Условия осаждения полиалмаза были идентичны приведенным в примере 1. Была получена удовлетворительная величина адгезии полиалмаза к слою GaN.

Следует учесть, что изобретение может быть использовано при создании широкого спектра приборов на различных материалах.

Источники информации

1. Compound Semiconductor. October 2004, 27-31.

2. US, Patent Application Publication, No.: US 2006/0113545 A1, Jun. 1, 2006.

3. Journal of Crystal Growth 253 (2003), 64-70.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-7 of 7 items.
20.02.2013
№216.012.287b

Способ диффузии бора в кремний

Изобретение относится к технологии создания полупроводниковых приборов, в частности к области конструирования и производства мощных биполярных кремниевых СВЧ-транзисторов. Техническим результатом изобретения является воспроизводимость процесса диффузии бора в кремний. Сущность изобретения: в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475883
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2019
№219.016.e6e9

Способ изготовления свч мощных полевых ldmos транзисторов

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике. Сущность изобретения: в способе изготовления СВЧ мощных полевых LDMOS-транзисторов, включающем формирование первичного защитного покрытия на лицевой стороне исходной кремниевой подложки с верхним высокоомным и нижним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002364984
Дата охранного документа: 20.08.2009
19.04.2019
№219.017.2ec8

Модуль активной фазированной антенной решетки

Изобретение относится к области радиолокационной техники, в частности к активным фазированным решеткам. Техническим результатом изобретения является возможность создания 4-х канального модуля с малыми габаритными размерами при высокой воспроизводимости электрических характеристик и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002380803
Дата охранного документа: 27.01.2010
19.04.2019
№219.017.3305

Способ контроля дефектности и упругой деформации в слоях полупроводниковых гетероструктур

Использование: для контроля дефектности и упругой деформации в слоях полупроводниковых гетероструктур. Сущность: заключается в том, что с помощью рентгеновской дифрактометрии при использовании скользящего первичного рентгеновского пучка получают ассиметричное отражение от кристаллографических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002436076
Дата охранного документа: 10.12.2011
09.06.2019
№219.017.7707

Интегральный повторитель напряжения

Изобретение относится к электронике, а именно к повторителям напряжения для усиления тока и преобразования импеданса в цепях электронных устройств, выполненным по интегральной технологии. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности. Устройство содержит первый-третий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002289199
Дата охранного документа: 10.12.2006
29.06.2019
№219.017.9c1a

Фотопреобразователь

Фотопреобразователь содержит диэлектрическую подложку, включенные последовательно слои монокристаллического кремния, с участками различного типа проводимости. Слои монокристаллического кремния толщиной 5-15 мкм расположены планарно на диэлектрической подложке и изолированы друг от друга....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002345445
Дата охранного документа: 27.01.2009
29.06.2019
№219.017.9d63

Фотопреобразователь

Изобретение относится к области производства твердотельных фоточувствительных полупроводниковых приборов, а именно к области производства преобразователей мощности света в электрический ток, и может быть использовано при изготовлении указанных приборов. Фотопреобразователь содержит подложку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002359361
Дата охранного документа: 20.06.2009
Showing 1-10 of 72 items.
10.04.2013
№216.012.33a8

Буровая коронка

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к буровым коронкам, и может быть использовано при бурении геологоразведочных скважин. Обеспечивает высокую стойкость, максимальную разрушающую способность, устранение катастрофического износа и зашламования, приводящего к прижогам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478767
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.10.2013
№216.012.72cf

Пептид, обладающий антиатеросклеротическим действием и композиция для профилактики и лечения атеросклероза сосудов

Изобретение относится к области иммунологии и медицины, а именно к новым пептидам общей формулы: Х-ЦЦ-Ц(Y)-ЦЦ-Z, где Х - B-клеточный эпитоп белка аполипопротеина В 100; Ц - аминокислотный остаток, выбранный из K или R; Y - иммуноадъювант, выбранный из группы PamCSS-; PamCSS-, PamCSS-; Z -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495048
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.8257

Стимулятор пролиферации регуляторных т-лимфоцитов и способ их стимуляции

Изобретение относится к области биохимии, биотехнологии и медицины. Предложен N-концевой фрагмент растворимого супрессора иммунного ответа длиной в 21 аминокислоту, имеющий последовательность аминокислот по Seq ID NО: 1, позволяющий стимулировать образование регуляторных Т-лимфоцитов, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499043
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.8a91

Способ усиления мощности на gan свч-транзисторах и импульсный свч-усилитель мощности

Группа изобретений относится к технике СВЧ и может быть использована в радиолокационной и радионавигационной технике, а также в средствах передачи информации. Техническим результатом является понижение уровня фазового шума выходного СВЧ-сигнала. Импульсный СВЧ-усилитель мощности на GaN...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501155
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.04.2014
№216.012.b0d1

Активный фазовращатель (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Технический результат - повышение надежности устройства. Активный фазовращатель, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe и включающий широкополосный квадратурный полифазный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510980
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.05.2014
№216.012.cb36

Биполярный транзистор свч

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор СВЧ на основе гетероэпитаксиальных структур включает последовательно размещенные на подложке из монокристаллического кремния р-типа проводимости буферный слой из A1N, слой из поликристаллического алмаза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517788
Дата охранного документа: 27.05.2014
10.06.2014
№216.012.cdf7

Свч-транзистор

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний. СВЧ-транзистор содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, гетероэпитаксиальную структуру, буферный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518498
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d023

Мощный транзистор свч с многослойной эпитаксиальной структурой

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ с многослойной эпитаксиальной структурой содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519054
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d024

Мощный транзистор свч

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве активных элементов СВЧ-устройств различного назначения. Мощный транзистор СВЧ содержит базовую подложку из кремния, теплопроводящий поликристаллический слой алмаза, эпитаксиальную структуру на основе широкозонных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519055
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.07.2014
№216.012.e3e7

Штамм бактерий escherichia coli - продуцент рекомбинантного флагеллина

Изобретение относится к области биотехнологии и касается рекомбинантного штамма бактерий Escherichia coli - продуцента биологически активного флагеллина. Охарактеризованный штамм получен трансформацией культуры клеток E. coli BL21[DE3] рекомбинантной плазмидной ДНК рЕТ151FliC, полученной на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524133
Дата охранного документа: 27.07.2014
+ добавить свой РИД