Полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя

Полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя

Реферат

 

Использование: конструкции полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя, имеющего базовую область с повышенным радиусом кривизны. Сущность: полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя содержит в высокоомном слое первого типа проводимости по крайней мере одну базовую область второго типа проводимости с повышенным радиусом кривизны, состоящую из центральной подобласти с постоянными глубиной Н и степенью легирования N₃ и периферийной подобласти шириной L, окружающей указанную центральную область, глубина и степень легирования которой постепенно уменьшаются в направлении к месту выхода на поверхность указанного высокоомного слоя границы р-n- перехода, образованного указанной базовой областью и высокоомным слоем, имеет кольцевую базовую металлизацию шириной а, расположенную над частью периферийной подобласти базы, прилегающей к центральной подобласти базы, и находящуюся на расстоянии l от места выхода на поверхность высокоомного слоя указанного р-n-перехода, где величина l соответствует минимальной ширине области пространственного заряда в при поверхностной части базы, необходимой и достаточной для обеспечения требуемого напряжения пробоя, и определяется углом наклона р-n-перехода к поверхности высокоомного слоя, а периферийная подобласть базы имеет коэффициент кривизны g = ctg.. В указанной периферийной области базы и приповерхностной части высокоомного слоя, прилегающих к поверхностной границе р-n- перехода, имеется канавка, полностью охватывающая базовую область, причем ширина а указанной кольцевой базовой металлизации является наименьшей, оптимальной для данной конструкции прибора. а глубина указанной канавки 4 ил.

Изобретение относится к области полупроводникового производства, а именно к конструкции полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя, имеющего базовую область с повышенным радиусом кривизны. Целью изобретения является уменьшение ширины периферийной области базы полупроводникового прибора при сохранении величины его напряжения пробоя. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение полупроводникового прибора известной конструкции (фиг. 1) и предложенных (фиг. 2-4) конструкций. Полупроводниковый прибор (фиг. 2) содержит коллектор n-типа, состоящий из высокоомного слоя 1 с = 90 Омсм толщиной 145 мкм и сильнолегированного слоя 2 толщиной 140 мкм, легированного фосфором с поверхностной концентрацией 910²⁰ ат/см³, базовую область р-типа, легированную галлием, состоящую из центральной области 3 глубиной 30 мкм и периферийной области, содержащей первую зону 4, прилегающую к центральной области 3, над которой расположена кольцевая базовая металлизация, и вторую зону 7, прилегающую к поверхностной границе р-n-перехода, эмиттерную область 5 n⁺-типа глубиной 6 мкм. легированную фосфором c поверхностной концентрацией 710¹⁹ ат/см³. В зоне 7 периферийной области базы и прилегающей к ней приповерхностной части высокоомного слоя выполнено углубление величиной h 5 мкм. Напряжение пробоя указанного прибора U_кбo 1800 В. Для его обеспечения угол =4^o, что вместе со степенью легирования базовой области обеспечивает необходимую и достаточную ширину области пространственного заряда (ОПЗ) и приповерхностной части базы l200 мкм. Максимальная величина базового тока указанного прибора Y_бmax 3 А, ей соответствует оптимальная ширина кольцевой базовой металлицации а 150 мкм. Коэффициент кривизны периферийной области базы = ctg = ctg 4= 14. Покажем, каким образом определяется оптимальная величина углубления. Из фиг. 1 очевидно, что L = a+l+, где D- "избыточная" ширина периферийной области базы. Таким образом D = L-a-l = -a-l,, т.к. L = . Из фиг. 2 определим величину углубления в периферийной области базы, которое позволяет устранить "избыточную" ширину. причем без уменьшения ширины ОПЗ. Итак, Следовательно, оптимальной величиной углубления действительно является h 5 мкм. При этом размер периферийной области базы уменьшается на величину = 514 70 мкм на строну, т.е. размер кристалла уменьшается на 140 мкм по сравнению с кристаллом известной конструкции, что при общем размере кристалла 4,1 х 4,1 мм позволяет сэкономить 13% полупроводникового материала. Поверхность эмиттерного и коллекторного переходов защищена многослойным пассивирующим покрытием 8, состоящим из пирогенного окисла толщиной 0,3 мкм и пленки нитрида кремния толщиной 1500 А. На рабочей поверхности транзистора создана алюминиевая металлизация эмиттера 9 и базы 10 толщиной 5 мкм. На коллекторной стороне (поверхность n⁺ слоя полупроводниковой подложки) имеется металлизация Ni-Au толщиной 1,5 мкм (не показана). В приповерхностной части высокоомного слоя 1 имеется противоканальная область 6, препятствующая распространению ОПЗ на дефектную кромку кристалла. Величина D соответствует "избыточной" ширине периферийной подобласти базы при использовании известной конструкции для достижения того же напряжения пробоя, чему соответствует граница р-n-перехода 11. Способ изготовления предложенного полупроводникового прибора весьма несложен. Сначала исходную n-n⁺ структуру окисляют известным способом в парах воды, получая на поверхности высокоомного слоя термический окисел толщиной, обеспечивающей коэффициент кривизны р-n-перехода в периферийной области базы, равный требуемому значению, необходимому для обеспечения напряжения пробоя указанного р-n-перехода. Например, для g= 14 получают 0,9 мкм. Далее, на поверхность пластины известным способом наносится пленка нитрида кремния толщиной . Известным способом в ней вскрываются окна под диффузию базовой примеси, соответствующие по размеру ширине центральных областей базы изготавливаемого полупроводникового прибора, и известным способом проводится процесс диффузии галлия по методу открытой трубы. При этом формируется база полупроводникового прибора известной конструкции. Затем после снятия защитного покрытия, термического окисления и процесса фотолитографии проводится формирование эмиттерных и противоканальных n⁺-областей изготавливаемого прибора путем диффузии фосфора из РСl₃. После снятия ФСС производится термическое окисление и известным способом формируется канавка глубиной 5 мкм, полностью охватывающая базовую область, в котором краевая часть р-n-перехода выходит на поверхность высокоомного слоя. Далее следует процесс термического окисления, нанесения пиролитического окисла и нитрида кремния, вскрываются контактные окна и известным способом формируется металлизация эмиттера, базы и коллектора. Очевидно, что для пассивации области углубления можно использовать различные пассивирующие покрытия 12, в том числе имеющие толщину, равную величине указанного углубления, так что рабочая поверхность полупроводниковой пластины остается абсолютно ровной. Понятно, что указанная конструкция (см. фиг. 3) наиболее целесообразна для величины углубления h < 10 мкм, в противном случае приходится применять трудоемкий и дорогостоящий процесс распыления фоторезиста. В то же время, при использовании тонкого пассивирующего покрытия и процесса распыления фоторезиста, появляется возможность уменьшить ширину периферийной подобласти базы за счет фактического уменьшения ширины зоны 4 (см. рис. 4), так как в этом случае ширина зоны 4 а а h или а а + h. Таким образом, предлагаемая конструкция полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя обеспечивает требуемое напряжение пробоя при минимальном расходе полупроводникового материала.

Формула изобретения

1. Полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя, содержащий в высокоомном слое первого типа проводимости базовую область второго типа проводимости, состоящую из центральной области глубиной Н_п периферийной области, окружающей центральную область, глубина и степень легирования которой уменьшается в направлении к месту выхода на поверхность высокоомного слоя р n-перехода, образованного базовой областью и высокоомным слоем, кольцевую базовую металлизацию шириной а, расположенную под частью периферийной области базы, прилегающей к центральной области базы, и находящуюся на расстоянии l от места выхода на поверхность высокоомного слоя р n-перехода, где величина l соответствует ширине области пространственного заряда в приповерхностной части базы, необходимой для обеспечения требуемого напряжения пробоя и зависит от угла наклона р n-перехода к поверхности высокоомного слоя, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины периферийной области базы при сохранении величины напряжения пробоя, в периферийной области базы и приповерхностной части высокоомного слоя, прилегающих к поверхностной границе р n-перехода, выполнена канавка глубиной h, полностью охватывающая базовую область, в которой р n-переход выходит на поверхность высокоомного слоя, причем где =ctg, a <45^{. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что поверхность канавки защищена пассивирующим покрытием. 3. Прибор по п. 2, отличающийся тем, что толщина указанного пассивирующего покрытия равна глубине канавки. 4. Прибор по пп. 1 3, отличающийся тем, что часть кольцевой базовой металлизации расположена над частью канавки.}

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4