Полупроводниковый прибор

 

Использование: полупроводниковые приборы, управляемые по базе. Сущность изобретения: эмиттер выполнен из монокристаллической кремниевой пластины, а сильнолегированные участки противоположного эмиттеру типа проводимости расположены в эмиттере и выполнены из поликремния с концентрацией легирующей примеси, обеспечивающей выключение прибора по длине эмиттера, и отделены от него диэлектрическим промежутком/фичем ширина участков отвечает следующему соотношению: d (Wp + Wn), где Wp - толщина базового слоя р-типа; Wn - толщина базового слоя n-типа. Изобретение может быть применено при конструировании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.. Ж 1785055 Al (51)5 Н 01 1 29/74

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

-"ЗИ863ЩЩ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "ь мижеи

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ГОСПАТЕНТ СССР) 4

1 (21) 4850479/25 (22) 20,07.91 (46) 30,12.92. Бюл. % 48 (71) Физико-технический институт им.

А.Ф.Иоффе (72) И.В.Грехов и Л,С.Костина (56) Авторское свидетельство СССР

М 786747, кл. Н 01 1 29/70, 1981.

Sllard А. et al;"Performance of Hlgh —.

Voltage liLGATTS" Rev. Rocun. Scl Techn °

33,3. 1988, р. 297-301. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР (57) Использование: полупроводниковые приборы, управляемые по базе. Сущность изобретения: эмиттер выполнен из монокристаллической кремниевой пластины, а

" Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использова- но при создании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов. . Известна конструкция тиристора, в базовом слое которого выполнены в виде полос или сетки участки того же, что и базовый слой, типа проводимости с повышенным хо тя бы на порядок относительно базового слоя уровнем легирования. Недостатком такой конструкции является невозможность существенного увеличения выключаемой мощности из-за невозможности изготовления большого. количества узких элементарHblx ячеек без. потери рабочей площади из-за малого напряжения пробоя управляемого эмиттера в местах расположения сильнолегированных областей базового слоя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полупроводниковый прибор, управляемый rio базе, 2 сильнолегированные участки противоположного эмиттеру типа проводимости расположены в эмиттере и выполнены из поликремния с концентрацией легирующей примеси, обеспечивающей выключение прибора по длине эмиттера, и отделены от него диэлектрическим промежутком,п ричем ширина участков отвечает следующему соотношению: d (Wp+ Wn), где Wp — толщина базового слоя р-типа; М4.— толщина базового слоя и-типа. Изобретение может быть применено при конструировании запираемых и комбинированно-выключаемых тиристоров, а также биполярных транзисторов. 1 ил. содержащий базовый и эмиттерный слои и я сильнолегированные участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости, расположенные в базовом слое а между эмиттером и базой вдоль эмиттерной . полосы. Благодаря этому сойротивление ба- р зы выключающему току уменьшчаетбя, что приводит к уменьшению времени выключения вдвое при увелйчении отрицательного тока управления на 1 A. Ж

Недостатком как аналога, так и прототи- (Я па является небольшая величина выключаемоа мощнооти, ограниченная причинами принципиального характера - конструктивные особенности их таковы, что увеличить рабочую площадь прибора практически невозможно.

Цель изобретения -увеличение выключаемой мощности приборов, управляемых по базе.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом приборе, содержа1785055 щем базовый и эмиттерный слои, между которыми сформированы сильнолегированные . участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости, эмиттерный слой выполнен из монокристаллической кремниевой пластины, в которой сформированы сильнолегиронанные участки из поликремния с концентоацией легирующей примеси 10 — 10 см, отделеннйе от него диэлектриком, при этом ширина d сильнолегированных участков удовлетворяет соотношению:

d < Wp+Wn, где Wp -толщина базового слоя р-типа проводимости

W> -толщина базового слоя п-типа проводимости;

На чертеже показан полупроводниковый прибор, где 1 — управляемый эмиттерный переход, 2 — базовый слой, 3 — эмиттер (монокристаллическая кремниевая пластина), 4- сильнолегированные участки из поликремния, 5 — слой диэлектрика, 6 .— эмиттерный контакт, 7 — базовый контакт.

Суть предлагаемой конструкции сОсТОит в том, что сильнолегированные участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости выполнены не в базовом, а н эмиттерном слое, представляющем собой

-.монокристаллическую кремниевую пласти-. ну с заданным удельным объемным сопро-. тивлением; толщина пластины не влияет на электрические свойства прибора. Изготовление эмиттера сплошным позволяет увеличить рабочую площадь прибора.

-Расположение сильнолегиронанных участ-.

: ков в таком эмиттере может быть любым; сопротивление растекания их R выключающему базовому току легко регулируется соответствующим выбором длины!, ширины d и глубины h. Выполнение этих участков из, поликристаллического кремния позноляет повысить концентрацию легирующей примеси" в них до величины, обеспечивающей выключение прибора по всей длине эмиттера, которая за счет уменьШения сопротивления растекания сильнолегиронанных участков может быть в 2 — 3 раза больше, чем в известных решениях. То есть в предлагаемой конструкции в сплошном эмиттере выполняются узкие. длинные, глубокие сильнолегиронанные участки противоположного типа проводимости, обеспечивающие эффективное выключение прибора выключающим током по всей площади эмит. тера. Благодаря выполнению диэлектрического промежутка между эмиттером и сильнолегиронанными участками (1,5 — 2,0 мкм Si02) исключается пробой на границе.

50 кремния, обеспечивающего высокую (до

10 см ) концентрацию легирующей при21 -3 меси в полосе, в предлагаемой конструкции обеспечивается выключение приборов с длиной эмиттерной полосы в 2-3 раза большей, чем у известных аналогов. Наличие диэлектрического промежутка между сил ьнолегированной полосой и подэмиттерной базовой областью увеличивает напряжение пробоя эмиттерного перехода и тем самым повышает эффективность выключеВыбор соотношения б + Wn+ Wp приводит к "заливанию" сильнолегированных участков неравновесными носителями, инжектируемыми на этапе работы прибора во

5 включенном состоянии, благодаря чему не происходит потери рабочей площади. Ширина эмиттерных участков выбирается из общепринятых сообращений, Эмиттерная пластина той стороной, в которой выполне10 ны вышеупомянутые участки, "присоединяется" к остальной части прибора со стороны. базовой области методом прямого соединения (ЯШсоп Olrect Bonding). Последующей металлизации подвергается противополож- .

15 ная сторона эмиттерной пластины.

Все это позволяет повысить эффективность выключения; увеличить рабочую площадь и тем самым достичь положительного эффекта — в полтора раза повысить величи20 ну выключаемой мощности.

В известных решениях эмиттер представляет собой набор мелкодисперсных ячеек, окруженных базовой областью с выполненными в ней сильнолегированными

25 участками. Конструкция по изобретению принпициально другая —. в сплошйом эмиттере выполнены узкие, длинные, глубокие сильнолегированные участки с малым сопротивлением растекания, обеспечиваю30 щие протекание выключающего базового тока и эффективное выключение.

Предлагаемая конструкция лежит в основе как запираемого и комбинированноныключаемого тиристоров, так и

35 транзистора.

Полупроводниковый прибор работает следующим образом, При подаче на прибор прямого смещения эмиттер ин>кектирует в базовый слой неосновные носители. Благо40 даря использованию в конструкции соотношения d Wp + 04 работает нся площадь прибора. При подаче отрицательногоо смещения на управляющий электрод начинается вывод накопленного заряда, тем более

45 эффективный, чем меньше сопротивление выключающему базовому току сильнолегированной полосы и подэмиттерной базовой области, Благодаря использования поли1785055

Составитель ВЛОдина

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор А.Козориз

Реда ктор

Заказ 4369 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния, так же, как и сужение самой эмиттерНОЙ Полосы.

Конкретный пример исполнения, Согласно предлагаемому изобретению был изготовлен запираемый тиристор с эле- 5 ментарной ячейкой эмиттерного перехода в виде полосы шириной l = 200. мкм. Суммарная толщина р- и и-баз 450 мкм, поверхностная концентрация примеси в р-базе

NsA 1 ° 10 см з. Сильнолегированные по- 10 лосы р-типа проводимости изготавливались в пластине n-Si с р 0,005 Ом см ориентации (110) в следующей последовательности: анизотропное вытравливание канавок 15 шириной 50 мкм с шагом 200 мкм на глубину

150 мкм, выращивание слоя SION путем термического Окисления (1250 С, 4 ч) толщиной

1,5-2,0 мкм, заращивание канавок поликремнием с последующей сошлифовкой его 20 с остальной части пластины и ее полировкой (толщина снятого слоя 155 мкм): концентрация примеси в полосах р-типа 10 см, изготовление .рпр-структуры в полированной пластине n-Sl c p 80 Ом см путем диф- 25 фузии Са (1250 С, 10 ч), стравливание диффузионного окисла с рпр-структуры. Прямое соединение эмиттЕрной пластины с полосами из пол икремния с рп р-структурой (Silicon

Direct Bonding). .30

Удельное сопротивление 1 см длины рбазы р 2 10 1 Ом см, 1 см сильнолегированной. полосы уЪ 15 ° 10з Ом см

Напряжение пробоя управляемого эмиттера "0.0 В, Измерения показали, что при площади прибора $1 см величина выключаемогоо анодного тока составила 250 А (при воемени выключения 10 мкс), что примерно в 1,5 раза выше. чем в ранее известных технических решениях.

Аналогично было достигнуто полуторакратное увеличение выключаемой мощности по сравнению с известными техническими решениями в комбинированно-выключаемом тиристоре и биполярном транзисторе.

Таким образом, из примера исполнения следует, что изобретение позволило увеличить выключаемую мощность приборов, управляемых по базе, и тем самым улучшить их коммутационные характеристики, что открывает перед потребителем новые возможности их применения в различных схемах преобразования электрической энергии.

Формула изобретения .

Полупроводниковый прибор, содержащий базовый и эмиттерный слои, между которыми сформированы сильнолегированные участки противоположного эмиттерному слою типа проводимости, о т л и ч а ю щ и и ся. тем, что, с целью увеличения выключаемой мощности путем увеличения рабочей площади, эмиттерный,слой выполнен иэ монокристаллической кремниевой пластины, в которой сформированы сильнолегированные участки из поликремния с концентрацией легирующей примеси 1019 — 10 см з, отделенные от него диэлектриком. при этом ширина d сильнолегированных участков удовлетворяют соотношению:

d((Wp+ Wn), где Wð - толщина базового слоя р-типа проводимоСти;

М4 — толщина базового слоя и-типа проводимости.