Полупроводниковое устройство и способ формирования полупроводникового устройства

Полупроводниковое устройство и способ формирования полупроводникового устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству и к способу формирования полупроводникового устройства.

Настоящее изобретение, в частности, относится к полупроводниковым устройствам, рассчитанным на высокое напряжение/мощность, которые могут использоваться в качестве дискретных устройств в гибридных цепях и в мощных интегральных схемах, и, в частности, относится к полевым транзисторам, таким как мощные MOSFET структуры (полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник), к биполярным транзисторам с изолированным затвором (IGBT) и к мощным устройствам других типов, таким как диоды, транзисторы и тиристоры.

Для устройств, разработанных для использования в интегральных схемах, предпочтительно, чтобы основные выводы (называемые анодом/катодом, истоком/стоком и эмиттером/коллектором) и управляющие выводы (называемые затвором или базой) были размещены на поверхности устройства для упрощения доступа к ним. Основной ток протекает между основными выводами, и поэтому он преимущественно протекает в поперечном направлении. Такие устройства, поэтому, обычно называют устройствами с поперечным протеканием тока. Такие устройства часто интегрируют с устройствами, рассчитанными на низкое напряжение, или цепями, построенными с использованием технологий комплементарных металло-оксидных полупроводников (CMOS) или других стандартных планарных технологий, для формирования мощных интегральных схем. В одной микросхеме могут быть интегрированы несколько устройств, рассчитанных на работу с высоким напряжением/мощностью. Между устройствами высокой мощности и низкой мощности, а также между расположенными рядом друг с другом мощными устройствами устанавливают изоляцию. При этом используются две основные технологии изолирования, а именно способ изолирования р-n-переходом (JI) и технология с использованием структуры типа "кремний на диэлектрике" (SOI (КНД)).

При использовании технологии изоляции р-n-переходом для изоляции соседних устройств используется полупроводниковый переход с обратным смещением. Однако эта технология во многих случаях не удовлетворяет требованиям применения в мощных интегральных схемах, поскольку при ее использовании может возникать электропроводность, образуемая не основными носителями, через полупроводниковую подложку (на которой сформирована активная часть устройства) и, поэтому, трудно устранить взаимные помехи между соседними устройствами. Кроме того, биполярные устройства с изоляцией на основе p-n-перехода (такие, как биполярные транзисторы с изолированным затвором с поперечным протеканием тока) также подвержены влиянию паразитной плазмы подвижных носителей в полупроводниковой подложке в открытом состоянии, которые требуется удалять при выключении. Это существенно снижает скорость переключения устройства.

В технологии КНД используется заглубленный изолирующий слой для изоляции по вертикали верхнего полупроводникового слоя от нижнего полупроводникового слоя и, соответственно, проводимость тока, в основном, ограничена верхним слоем полупроводника, и ток в нижнем полупроводниковом слое практически отсутствует при любом режиме работы. Горизонтальная или поперечная изоляция в КНД структуре обычно осуществляется с использованием канавок, заполненных окисью кремния или, благодаря использованию известной технологии изоляции LOCOS ("местное окисление кремния"). Технология КНД обеспечивает лучшую изоляцию, чем технология с использованием изоляции p-n-переходом, поскольку заглубленный изолирующий слой устраняет проводимость тока и предотвращает формирование плазмы в подложке.

В массе высоковольтного полупроводникового устройства формируют высоковольтный полупроводниковый переход, который предназначен для блокирования напряжения. Такой переход содержит слой полупроводника с относительно низким уровнем примесей, который противостоит большей части напряжения, прикладываемого к основным выводам, когда устройство находится в закрытом состоянии и работает в режиме блокирования высокого напряжения. Этот слой обычно называют областью или слоем дрейфа, которая в этом режиме работы частично или полностью истощена в отношении не основных носителей. В идеале, потенциал должен равномерно распределяться вдоль области дрейфа между двумя концевыми участками области дрейфа. Однако из уравнения 1-D Пуассона следует, что при заданном уровне легирования примесями области дрейфа, распределение электрического поля имеет треугольную форму, или, при полностью обедненном состоянии, форму трапеции. Поскольку область ниже значения электрического поля приблизительно может рассматриваться как напряжение пробоя, когда пик электрического поля достигает критического значения для полупроводника, очевидно, что для 1-D перехода, чем ниже уровень легирования примесями слоя дрейфа, тем выше напряжение пробоя. Однако в устройствах с переносом тока основными носителями, такими как устройство типа MOSFET, известное как LDMOSFET, сопротивление слоя дрейфа в открытом состоянии обратно пропорционально степени легирования примесями слоя дрейфа. Поскольку для высоковольтного переключателя требуется обеспечить низкий уровень сопротивления в открытом состоянии, низкий уровень концентрации легирования примесями влияет на рабочие характеристики устройства в открытом состоянии. Кроме того, для полупроводниковых устройств с поперечным протеканием тока значение критического электрического поля на поверхности меньше, чем в массе полупроводника, что дополнительно повышает трудности при построении высоковольтных полупроводниковых устройств с поперечным протеканием тока.

Использование технологии RESURF (пониженное влияние поверхностного поля) для устройств с изоляцией p-n-переходом позволяет повысить напряжения пробоя полупроводниковых устройств с поперечным протеканием тока, благодаря использованию дополнительного вертикального p-n-перехода, формируемого между областью дрейфа и полупроводниковой подложкой. На фиг.1а схематично показан обычный диод с изоляцией p-n-переходом, в котором используется эффект RESURF. Такой диод используется как часть обычного полупроводникового устройства с вертикальной структурой высокой мощности, такого, как транзистор с поперечным протеканием тока, LDMOSFET или LIGBT. На фиг.1а также показано распределение эквипотенциальных линий, и кромка обедненного слоя в режиме блокирования высокого напряжения. Следует отметить, что слой 1 дрейфа является полностью обедненным, но полупроводниковая подложка 2 остается не полностью обедненной. Эквипотенциальные линии изгибаются, по мере того как они проходят внутрь подложки, от вертикального направления к горизонтальному направлению, так, что ниже высоковольтного вывода 3 эквипотенциальные линии проходят практически параллельно нижней поверхности 4 подложки 2. Это происходит из-за того, что толщина полупроводниковой подложки 2 относительно велика (обычно 300 мкм) по сравнению с вертикальной протяженностью обедненного слоя от верхней поверхности 5 вглубь подложки 2 (обычно 60 мкм для устройств, рассчитанных на работу с напряжением 600 В). Следовательно, полупроводниковая подложка 2 остается не полностью обедненной, когда происходит пробой устройства. Известно, что в полупроводниковом диоде с поперечным протеканием тока с изоляцией p-n-переходом можно достичь напряжений пробоя, эквивалентных вертикальным диодам, несмотря на пониженное поверхностное критическое электрическое поле. Тем не менее, как показано на фиг.1а, даже оптимизированное распределение электрического поля, с использованием концепции RESURF, далеко от идеального (то есть имеющего прямоугольную форму). Кроме того, как уже было указано выше, устройства изоляцией p-n-переходом имеет недостаток, состоящий в высоком значении токов утечки и очень плохой изоляции, что сильно затрудняет их интеграцию в мощных интегральных схемах.

На фиг.1b показан обычный диод с КНД структурой, который обычно используется как часть высоковольтного устройства с КНД структурой с поперечным протеканием тока. Такая структура может быть построена с использованием известного соединения полупроводниковых пластин по технологии Unibond или SIMOX SOI. Также известны другие технологии, такие как кремний-на-алмазе (SOD). На фиг.1b, кроме того, показано распределение эквипотенциальных линий в режиме блокирования напряжения. Можно видеть, что прижим эквипотенциальных линий к кромке слоя 1 дрейфа приводит к плохому эффекту RESURF. Увеличение толщины заглубленного оксида 6 позволяет более равномерно перераспределить эквипотенциальные линии на верхней поверхности 5. Однако, в общем, напряжение пробоя все еще будет не больше, чем у устройства с изоляцией p-n-переходом или диода с изоляцией p-n-переходом, который показан на фиг.1а. И снова, эквипотенциальные линии слоя 1 дрейфа и заглубленного изолирующего слоя 6 окисла кремния под высоковольтным выводом практически выровнены вдоль горизонтальной поверхности. Это происходит из-за того, что полупроводниковая подложка 2 остается не полностью обедненной. В результате этого, все эквипотенциальные линии должны быть сжаты в слой 1 дрейфа и изолирующий слой 6 в случае КНД структуры и, более того, должны выравниваться параллельно поверхности раздела слоя 6 изоляции/полупроводниковой подложки 2. Это создает неравномерное распределение эквипотенциальных линий на верхней поверхности 5, в результате чего образуются высокие пики электрического поля и, поэтому, снижается напряжение пробоя. Кроме того, для устройств с КНД структурой сохранение перпендикулярного элемента плотности D=∈Е силовых линий электрического поля выше поверхности раздела полупроводникового слоя 1 /заглубленного окисла 6 ограничивает максимальное напряжение, которому может противостоять заглубленный окисел 6 до достижения критической величины электрического поля в слое 1 полупроводника на поверхности раздела. Такой вертикальный пробой приводит к очень сильному ограничению максимального напряжения, достижимого для данной толщины заглубленного окисла.

Таким образом, в общем, как в устройствах с изоляцией p-n-переходом, так и в устройствах с КНД структурой эквипотенциальные линии должны отклоняться от вертикальной ориентации в горизонтальную или поперечную ориентацию, и при этом в слое дрейфа получается далекое от идеального распределение потенциала.

Кроме того, когда мощная интегральная схема, выполненная с использованием тонкой технологии КНД структуры, содержит, по меньшей мере, полумостовую конфигурацию, которая включает два мощных устройства, работающих в различных режимах, на устройство, работающее на стороне режима высокого напряжения, может влиять отсечка области дрейфа в открытом состоянии. Это происходит из-за высокого значения электрического поля в области дрейфа, создаваемого высоким отрицательным потенциалом, образующимся в полупроводниковой подложке, по отношению к потенциалу одного из основных выводов устройства на стороне высокого напряжения.

Таким образом, очевидно, что полупроводниковая подложка в технологии с использованием КНД структуры не остается пассивной во всех режимах работы, и ее наличие приводит к плохому распределению эквипотенциальных линий во время режима блокирования напряжения, что может привести к преждевременному пробою, обычно на поверхности полупроводника или поверхности раздела заглубленного окисла/верхнего полупроводника из-за пробоя по вертикали. Недостаток технологии с использованием изоляции p-n-переходом состоит в очень плохой изоляции внутри мощной интегральной схемы и низком напряжении пробоя, которое, однако, обычно выше, чем в устройствах с использованием КНД структуры, но тем не менее ниже, чем было бы желательно.

Для дискретных устройств или гибридных схем, используемых в электронных цепях, рассчитанных на высокое напряжение или большую мощность, предпочтительно, чтобы основные выводы имели вертикальную ориентацию и были расположены на противоположных сторонах полупроводниковой пластины (например, с расположением низковольтного вывода сверху и высоковольтного вывода снизу). Эти устройства называются устройствами с вертикальной структурой, и они рассчитаны на высокое напряжение/большую мощность. По сравнению с устройствами с поперечным протеканием тока поток тока, проходящий между основными выводами, в этих устройствах направлен преимущественно вертикально, и это позволяет обеспечить более высокое номинальное значение тока и более высокое напряжение пробоя. Однако такие устройства трудно использовать в интегральных схемах. Примеры известных устройств, рассчитанных на высокое напряжение/большую мощность, представляют устройства DMOS & Trench MOSFET, DMOS & Trench IGBT и Cool MOS.

Для достижения оптимизированного компромисса между рабочими характеристиками в открытом состоянии, характеристиками переключения/напряжения пробоя, в устройствах с вертикальной структурой требуется использовать узкую область дрейфа, которая предпочтительно является полностью обедненной при полном блокировании напряжения. Такой слой может иметь толщину от 6 мкм до 180 мкм для устройств, предназначенных для работы в диапазоне напряжений от 50 В до 1,2 кВ. Обычно слой дрейфа располагают на полупроводниковой подложке с высоким уровнем легирования примесями. Полупроводниковая подложка, однако, оказывает отрицательное влияние на общие рабочие характеристики устройства. Прежде всего, она вводит паразитное сопротивление, что приводит к повышению потерь энергии в открытом состоянии. Во-вторых, для биполярных устройств с анодной инжекцией таких, как IGBT, поскольку подложка имеет высокую степень легирования примесями, для снижения потерь энергии на сопротивление подложки, инжекция со стороны подложки, которая действует как анод (эмиттер) устройства, в большинстве случаев будет слишком велико, что приводит к высоким потерям промежуточного переключения и длительному отключению из-за большого количества плазмы, накапливаемой внутри области дрейфа во время открытого состояния. В-третьих, подложка создает тепловое сопротивление, которое не позволяет эффективно рассеивать тепло через внешний теплоотвод, установленный снизу устройства. Наконец, если вертикальные устройства должны использоваться в интегральных схемах, наличие толстой полупроводниковой подложки существенно затрудняет изоляцию между соседними устройствами.

К настоящему времени было выдвинуто множество предложений по повышению напряжения пробоя полупроводниковых устройств, в частности, мощных полупроводниковых устройств. Их примеры описаны в публикациях US-A-5241210, US-A-5373183, US-A-5378920, US-A-5430316, US-A-5434444, US-A-5463243, US-A-5468982, US-A-5631491, US-A-6040617 и US-A- 6069396. Однако ни в одном из этих предложений известного уровня техники не была решена проблема повышения напряжения пробоя на основе подробного анализа распределения линий равного электрического потенциала в области дрейфа.

В публикации WO-A-98/32009 описано чувствительное к газу полупроводниковое устройство. Чувствительный к газу слой сформирован поверх нагревателя MOSFET, который используется для нагрева чувствительного к газу слоя. Подложка, на которой сформировано устройство, была подвергнута травлению с обратной стороны для формирования тонкой мембраны в чувствительной области. Следует отметить, что нагреватель MOSFET представляет собой низковольтное устройство (и как таковое не содержит область дрейфа) и, кроме того, тонкая мембрана сформирована ниже нагревателя MOSFET исключительно для обеспечения нагрева чувствительной области до очень высоких температур и не предназначена для оказания воздействия на поле или эквипотенциальные линии в устройстве.

В публикации US-A-5895972 описаны способ и устройство для охлаждения полупроводникового устройства во время фаз тестирования и отладки при разработке устройства. Вместо обычных тепловых стержней, выполненных, например, из меди, на устройстве закреплен тепловой стержень из прозрачного для инфракрасных лучей материала. В качестве предпочтительного описан тепловой стержень из алмаза. В публикации описано, что подложка, на которой сформировано устройство, может быть утончена перед установкой на устройстве стержня, прозрачного к инфракрасным лучам. Такое утончение подложки требуется для уменьшения потерь передачи, которая производится при оптических испытаниях и отладке устройства с использованием лучей света инфракрасного диапазона. В публикации не описан тип полупроводникового устройства, на который нанесен тепловой стержень, и в нем не содержится указание на то, что устройство представляет собой мощное устройство, содержащее область дрейфа. Кроме того, как указано в публикации, утончение подложки и нанесение теплового стержня предназначены исключительно для упрощения тестирования устройства с использованием оптического тестирования и отладки. Этот процесс осуществляется во время разработки устройства. Тепловой стержень не используется при нормальной работе устройства.

В публикациях известного уровня техники, направленных на полупроводниковые устройства, описан ряд предложений с использованием так называемой мембраны. Эти примеры включают публикации US-A-5420458, WO-A-94/22167, US-A-3689992 и US-A-6008126. В случае каждого из предложений известного уровня техники полупроводниковое устройство не является мощным устройством и, таким образом, не содержит область дрейфа. В каждом случае компоновка в виде мембраны используется для создания изоляции между полупроводниковыми устройствами и интегральной схемой или между областями в структуре полупроводникового устройства и/или для устранения или снижения паразитных емкостных связей. В каждом случае, поскольку описаны низковольтные устройства, структура мембраны практически не влияет на напряжение пробоя.

В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение направлено на мощное полупроводниковое устройство, содержащее активную область, которая включает область дрейфа, по меньшей мере, часть области дрейфа, расположена в пределах мембраны, содержащей расположенные друг напротив друга верхнюю и нижнюю поверхности, причем верхняя поверхность мембраны содержит электрические выводы, подключенные непосредственно или опосредованно к ней, которые позволяют прикладывать напряжение в поперечном направлении через область дрейфа, причем рядом с нижней поверхностью мембраны полупроводниковая подложка отсутствует.

В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение направлено на мощное полупроводниковое устройство, содержащее активную область, которая включает область дрейфа, расположенную в слое, слой сформирован на полупроводниковой подложке, причем, по меньшей мере, часть полупроводниковой подложки ниже, по меньшей мере, части области дрейфа, удалена так, что указанная, по меньшей мере, часть области дрейфа сформирована в мембране, определяемой той частью слоя, ниже которого была удалена полупроводниковая подложка, к верхней поверхности мембраны прямо или - опосредованно подключены электрические выводы, позволяющие подавать напряжение в поперечном направлении через область дрейфа.

В соответствии с третьим аспектом настоящее изобретение направлено на мощное полупроводниковое устройство, содержащее активную область, которая включает область дрейфа, по меньшей мере, часть области дрейфа расположена в мембране, содержащей расположенные друг напротив друга верхнюю и нижнюю поверхности, по меньшей мере, один электрический вывод подключен непосредственно или опосредованно к верхней поверхности и, по меньшей мере, один электрический вывод подключен непосредственно или опосредованно к нижней поверхности, что позволяет прикладывать напряжение вертикально через область дрейфа, причем рядом с нижней поверхностью мембраны полупроводниковая подложка отсутствует.

В соответствии с четвертым аспектом настоящее изобретение направлено на мощное полупроводниковое устройство, содержащее активную область, которая включает область дрейфа, расположенную в слое, слой сформирован на полупроводниковой подложке, по меньшей мере, часть полупроводниковой подложки ниже, по меньшей мере, части области дрейфа удалена так, что указанная, по меньшей мере, часть области дрейфа сформирована в мембране, определенной указанной частью слоя, ниже которого полупроводниковая подложка была удалена, и, по меньшей мере, один электрический вывод подключен непосредственно или опосредованно к верхней поверхности и, по меньшей мере, один электрический вывод подключен непосредственно или опосредованно к нижней поверхности, что позволяет прикладывать напряжение вертикально через область дрейфа.

Указанная, по меньшей мере, часть области дрейфа полностью или, по существу, полностью обеднена в отношении подвижных носителей заряда, когда к выводам устройства прикладывают напряжение. В первом и втором аспектах настоящего изобретения эквипотенциальные линии в указанной, по меньшей мере, части области дрейфа располагаются, по существу, перпендикулярно к верхней и нижней поверхностям мембраны, и, по существу, равномерно распределяются в поперечном направлении по указанной, по меньшей мере, части области дрейфа. Это, в свою очередь, приводит к повышению напряжения пробоя, которое может приближаться к идеальному или теоретическому пределу. В третьем и четвертом аспектах эквипотенциальные линии в указанной, по меньшей мере, части области дрейфа располагаются, по существу, параллельно верхней и нижней поверхностям мембраны и, по существу, равномерно распределяются по вертикали через указанную, по меньшей мере, часть области дрейфа.

Таким образом, в предпочтительных вариантах воплощения отсутствие полупроводниковой подложки, по меньшей мере, под частью обедненной области в устройствах с поперечным протеканием тока приводит к улучшению способности противостоять напряжению пробоя, благодаря более благоприятному распределению электрического поля и потенциала в области дрейфа мощного устройства. Для устройств с вертикальной структурой отсутствие полупроводниковой подложки позволяет сформировать тонкую область дрейфа и устранить паразитные явления, такие как паразитное последовательное электрическое сопротивление и тепловое сопротивление подложки.

Мощные устройства обычно работают с напряжением в диапазоне от 30 В до 1,2 кВ и с токами в диапазоне от 100 мА до 50 А. Они могут использоваться в диапазоне от домашних электрических приборов, электрических автомобилей, систем управления двигателями и систем питания электроэнергией до радиочастотных и сверхвысокочастотных цепей и систем передачи данных.

Следует понимать, что термины "верх" и "низ", "выше" и "ниже", и "поперечный" и "вертикальный" используются в настоящем описании условно и что по отношению к устройству в целом невозможно использовать какие-либо характеристики физической ориентации.

Так называемое мембранное мощное устройство в соответствии с настоящим изобретением может представлять собой любое устройство из множества различных типов, включая, например, диод, транзистор, тиристор, управляемое устройство MOS (МОП), такое как MOSFET, биполярной транзистор с изолированным затвором (IGBT), устройство с двумя затворами и т.д.

Предпочтительные варианты воплощения, дополнительно описанные ниже, направлены на высоковольтное мощное устройство, которое способно противостоять высокому напряжению пробоя, в котором обеспечена исключительная изоляция и которое обладает пониженным самонагревом.

Может использоваться такая компоновка, в которой только часть области дрейфа расположена в мембране.

В первом и втором аспектах, где только часть области дрейфа расположена в мембране, предпочтительно, сторона вывода высокого напряжения области дрейфа находится в пределах мембраны; при этом остальная часть области дрейфа, включая сторону вывода низкого напряжения, может располагаться за пределами мембраны.

В третьем и четвертом аспектах боковые стороны устройства могут быть расположены за пределами мембраны, в то время как активная область, которая включает часть области дрейфа, расположена в пределах мембраны.

В любом аспекте область дрейфа может быть полностью расположена в мембране.

По меньшей мере, один изолирующий слой может окружать область дрейфа. По меньшей мере, один изолирующий слой может быть расположен в указанной мембране или в отдельной мембране так, что он проходит от верхней поверхности мембраны до нижней поверхности мембраны.

По меньшей мере, один изолирующий слой может окружать область дрейфа и может быть расположен за пределами мембраны.

Один изолирующий слой или, по меньшей мере, один изолирующий слой может состоять из электроизолирующего материала. Один изолирующий слой или, по меньшей мере, один изолирующий слой может представлять собой слой полупроводника с высокой степенью легирования примесями, на который при использовании подают смещение для создания полупроводникового перехода с обратным смещением или со смещением ниже уровня смещения в прямом направлении.

Может использоваться, по меньшей мере, одно дополнительное мощное устройство, содержащее область дрейфа, по меньшей мере, часть которой расположена на указанной мембране или на отдельной мембране. Отдельная мембрана, предпочтительно, сформирована поверх той же исходной подложки и, предпочтительно, на том же этапе изготовления, на котором другая мембрана или каждая другая мембрана сформирована в устройстве.

Может быть сформировано, по меньшей мере, одно низковольтное устройство. Указанное, по меньшей мере, одно низковольтное устройство может быть расположено в указанной мембране. В качестве альтернативы, указанное, по меньшей мере, одно низковольтное устройство может быть расположено за пределами указанной мембраны. В этом случае указанное, по меньшей мере, одно низковольтное устройство может содержать дополнительную мембрану, причем указанная дополнительная мембрана, предпочтительно, сформирована поверх той же исходной подложки и, предпочтительно, на том же этапе изготовления, на котором в устройстве были сформированы другие мембраны. В любом случае такая компоновка позволяет сформировать мощную интегральную микросхему. При этом низковольтное устройство (или устройства) может представлять собой, например, биполярную цепь или цепь CMOS. В таком низковольтном мощном устройстве могут быть сформированы цепи управления, защитные цепи или цепи обработки. В предпочтительных вариантах воплощения, описанных ниже, такие низковольтные устройства хорошо изолированы от мембранных мощных устройств как по вертикали, так и в поперечном направлении. Вертикальная изоляция получается, благодаря отсутствию паразитной подложки под активной областью мощного устройства. Поперечная изоляция обеспечивается, как кратко описано выше, с помощью одного или нескольких изолирующих слоев, сформированных предпочтительно в мембране, от верхней до нижней поверхности мембраны или за пределами мембраны.

Между соседними устройствами может быть установлен, по меньшей мере, один изолирующий слой, обеспечивающий электрическую изоляцию между ними. Указанный изолирующий слой может быть расположен на другой мембране, причем указанная дополнительная мембрана, предпочтительно, может быть сформирована поверх той же исходной подложки и, предпочтительно, на одном этапе изготовления с другой мембраной или с каждой другой мембраной, установленной в устройстве.

В первом и втором аспекте настоящего изобретения устройство может содержать электроизолирующий и теплопроводный слой, расположенный рядом с нижней поверхностью мембраны. Электроизолирующий теплопроводный слой используется для облегчения отвода большей части тепла, которое, в противном случае, может накапливаться в мембране при работе мощного устройства. Этот слой может быть изготовлен из любого подходящего материала, такого как, например, поликристаллический алмаз, аморфный алмаз, нитрид бора, окисел алюминия и т.д. Материал, предпочтительно, сформирован путем нанесения на необработанную подложку в виде слоя, с использованием способа напыления или осаждения из паров химического реагента или с использованием любой другой подходящей технологии. Слой может полностью заполнять пространство под мембраной или может быть сформирован как тонкий слой под мембраной, который располагается на боковых стенках и на нижней поверхности остающихся частей подложки. Этот слой, предпочтительно, находится в тепловом контакте с теплоотводом.

В третьем и четвертом аспектах нижний вывод может быть электро- и теплопроводным. Нижний вывод может быть изготовлен из металла или из комбинации металлов, таких как алюминий, медь и т.д. Нижний вывод может заполнять пространство под мембраной. В предпочтительном варианте воплощения нижний вывод сформирован как тонкий слой под мембраной, который следует конфигурации боковых стенок остающихся частей подложки и под основной нижней поверхностью устройства. Этот слой, предпочтительно, находится в тепловом контакте с внешним теплоотводом. В качестве альтернативы, на нижней стороне одной или отдельной мембраны, помимо одного нижнего вывода, могут быть расположены дополнительные выводы, которые выполнены в форме тонких слоев, изолированных друг от друга.

Мембрана может содержать полупроводниковый слой, сформированный на электроизолирующем слое. Электроизолирующий слой может представлять собой слой окисла, сформированный с использованием, например, известной технологии КНД. Когда подложку вытравливают для формирования мембраны, такой слой окисла обычно действует как ограничитель вытравливания, который помогает сформировать мембрану. В третьем и четвертом аспектах, этот слой удаляют для обеспечения доступа для слоя вывода, который должен быть сформирован с нижней стороны.

В первом и втором аспектах устройство может содержать механически прочный и электроизолирующий слой, сформированный под мембраной. Механически прочный и электроизолирующий слой обеспечивает структурную прочность мембраны, а также минимизирует риск разрушения мембраны.

В любом аспекте область дрейфа может иметь неравномерный профиль легирования примесями. Это позволяет обеспечить, по существу, равномерное распределение эквипотенциальных линий в области дрейфа. Это, в свою очередь, приводит к повышению напряжения пробоя, которое может приближаться к идеальному или теоретическому пределу. Концентрация легирования примесями в области дрейфа на стороне высоковольтного вывода устройства, предпочтительно, относительно высокая, и концентрация легирования примесями в области дрейфа на стороне низковольтного вывода устройства, предпочтительно, относительно низкая. Концентрация легирования примесями в области дрейфа может изменяться линейно от одной стороны области дрейфа к другой. Это позволяет дополнительно улучшить возможности устройства противостоять напряжению пробоя.

В первом и втором аспектах область дрейфа может содержать, по меньшей мере, два полупроводниковых слоя с чередующимся типом проводимости, сформированных один на другом и находящихся в контакте друг с другом. При использовании эти два или несколько полупроводниковых слоя с чередующимся типом проводимости формируют полупроводниковый переход в вертикальном направлении так, что область дрейфа может быть полностью обедненной в отношении подвижных носителей заряда, когда к выводам устройства прикладывают напряжение. Это, в свою очередь, позволяет обеспечить, по существу, перпендикулярное расположение эквипотенциальных линий по отношению к указанной верхней и нижней поверхностям мембраны, по меньшей мере, в части области дрейфа и, по существу, равномерное распределение в поперечном направлении вдоль, по меньшей мере, части области дрейфа. Это, в свою очередь, обеспечивает более высокое напряжение пробоя, которое может приближаться к идеальному или теоретическому пределу.

В любом аспекте область дрейфа может содержать множество расположенных рядом друг с другом в поперечном направлении полупроводниковых областей с чередующимся типом проводимости. Эти расположенные рядом друг с другом в поперечном направлении полупроводниковые области с чередующимся типом проводимости формируют множество расположенных в поперечном направлении переходов в направлении "z" устройства, что, в свою очередь, позволяет обеспечить, по существу, равномерное распределение эквипотенциальных линий в указанной, по меньшей мере, части области дрейфа в пределах указанной, по меньшей мере, части области дрейфа. Это, в свою очередь, повышает напряжение пробоя, которое может приближаться к идеальному или теоретическому пределу.

В любом аспекте область дрейфа может содержать множество расположенных рядом друг с другом в поперечном направлении полупроводниковых ячеек с чередующимся типом проводимости, расположенных в плоскости устройства. Эти ячейки могут быть расположены в правильном или неправильном порядке. Каждая компоновка, в свою очередь, позволяет обеспечить, по существу, равномерное распределение эквипотенциальных линий в указанной, по меньшей мере, части области дрейфа. Это, в свою очередь, приводит к повышению напряжения пробоя, которое может приближаться к идеальному или теоретическому пределу.

Устройство может содержать концевую область, расположенную в непосредственной близости и находящуюся в контакте с областью дрейфа, причем указанная концевая область может быть сформирована для снижения вероятности преждевременного пробоя на кромке области дрейфа. По меньшей мере, часть указанной концевой области может быть расположена внутри мембраны. По меньшей мере, часть указанной концевой области может быть расположена за пределами мембраны и выше любой полупроводниковой подложки. Область дрейфа может быть в большей степени легирована примесями, чем, по меньшей мере, часть концевой области. Область дрейфа может быть в большей степени легирована примесями, чем полупроводниковая подложка.

В соответствии с этим пятый аспект настоящего изобретения направлен на способ формирования мощного полупроводникового устройства, содержащего активную область, которая включает область дрейфа, способ содержит следующие этапы: формирование в слое, сформированном на полупроводниковой подложке, мощного полупроводникового устройства, включающего активную область, которая содержит область дрейфа; и удаление, по меньшей мере, части полупроводниковой подложки ниже, по меньшей мере, части области дрейфа так, чтобы указанная, по меньшей мере, часть области дрейфа была сформирована в мембране, определяемой этой частью слоя, ниже которой полупроводниковая подложка была удалена.

Предпочтительно, чтобы подложка была удалена, по меньшей мере, на последнем или на одном из последних этапов процесса изготовления устройства. При этом подложка обеспечивает поддержку для устройства в течение как можно большего времени в ходе процесса изготовления.

Указанная, по меньшей мере, часть полупроводниковой подложки может быть удалена способом жидкостного вытравливания.

Указанная, по меньшей мере, часть полупроводниковой подложки может быть удалена способом сухого вытравливания.

Указанная, по меньшей мере, часть полупроводниковой подложки может быть удалена с использованием заглубленного изолирующего слоя в качестве ограничителя вытравливания. Заглубленный слой может представлять собой часть структуры "кремний на диэлектрике" (КНД).

По меньшей мере, один полупроводниковый слой может быть введен способом имплантации, диффузии или осаждения с обратной стороны устройства после формирования мембраны.

Нижний слой вывода может быть нанесен на нижнюю сторону мембраны, причем указанный нижний слой вывода находится в контакте, по меньшей мере, с одним полупроводниковым слоем, расположенным в мембране.

Способ может содержать этап нанесения электроизолирующего и теплопроводного слоя, расположенного вблизи к поверхности мембраны. Электроизолирующий и теплопроводный слой может быть нанесен с помощью процесса осаждения (предпочтительно на необработанн