Планарный полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя

 

Использование: изобретение относится к области полупроводникового производства, а именно к конструкции планарного полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя. Сущность: планарный полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя содержит в высокоомном слое первого типа проводимости по крайней мере одну базовую область второго типа проводимости, состоящую из центральной области с постоянными глубиной Н и степенью легирования N_s и периферийной подобласти шириной L, окружающей указанную центральную подобласть, глубина и степень легирования которой постепенно уменьшаются в направлении к месту выхода на поверхность высокоомного слоя р-n-перехода, образованного базовой областью и высокоомным слоем, имеет кольцевую базовую металлизацию шириной а, расположенную над частью периферийной подобласти базы и находящуюся на расстоянии l от места выхода на поверхность высокоомного слоя р-n-перехода, где величина l соответствует минимальной ширине области пространственного заряда в приповерхностной части базы, необходимой и достаточной для обеспечения требуемого напряжения пробоя и определяется углом наклона указанного р-n-перехода к поверхности высокоомного слоя.Новым в конструкции полупроводникового прибора является то, что периферийная подобласть баpы состоит по крайней мере из двух зон с различными коэффициентами кривизны γ₁ и γ₂ в которых р-n-переход имеет различный угол наклона к поверхности высокоомного слоя, а именно, угол α₁ для первой зоны, прилегающей к центральной подобласти базы, и угол α₂ для второй зоны, прилегающей к поверхностной границе р-n-перехода, причем первая зона имеет ширину L₁ = а и коэффициент кривизны γ₁= ctg α₁, а вторая зона имеет ширину L₂ = 1 и коэффициент кривизны γ₂=ctg α₂, где значение коэффициента кривизны γ₂ обусловлено необходимостью обеспечения требуемой ширины l области пространственного заряда в приповерхностной части базы, а значение коэффициента кривизны 1<γ₁≪ γ₂ и соответствует величине γ₁=γ₂a/γ₂H-l, где а - ширина кольцевой базовой металлизации, оптимальная при данной конструкции полупроводникового прибора. 2 ил.

Изобретение относится к области полупроводникового производства, а именно к конструкции планарного полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя. Целью изобретения является уменьшение ширины периферийной области базы полупроводникового прибора при сохранении величины его напряжения пробоя и диффузионных параметров центральной области базы. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение полупроводникового прибора известной (фиг.1) и предложенной (фиг. 2) конструкций. Полупроводниковый прибор (фиг. 2) содержит коллектор n-типа, состоящий из высокоомного слоя 1 с ρ 90 Ом· см толщиной 145 мкм и сильнолегированного слоя толщиной 140 мкм, легированного фосфором с поверхностной концентрацией 9·10²⁰ ат/см³, базовую область p-типа, легированную галлием, состоящую из центральной области 3 глубиной Н 34 мкм и периферийной области шириной L 250 мкм, содержащую первую зону 4, прилегающую к центральной области 3 и вторую зону 5, прилегающую к поверхностной границе р-n-перехода 7, эмиттерная область 6 n⁺-типа глубиной 8 мкм, легирoванную фосфором с концентрацией 7·10¹⁹ ат/см³. Напряжение пробоя указанного прибора U_кбо 1600 В. Для его обеспечения угол наклона р-n-перехода 7 имеет величину α=4°, благодаря чему ширина области прострaнственного заряда в приповерхностной части базы l 100 мкм. Максимальная величина базового тока указанного прибора I_{б max} 3А, ей соответствует оптимальная ширина кольцевой базовой металлизации а 150 мкм. Коэффициент кривизны зоны 5 периферийной области γ₂= ctgα₂= ctg4°= 14.. Коэффициент кривизны зоны 4 периферийной области определим известным образом из прямоугольных треугольников Δ OAO₂, D О₁ВО₂ и D О₁ВО₃ (cм.фиг.2): Таким образом следовательно, именно при таком значении коэффициента кривизны p-n-пeрехода в периферийной области базы, прилегающей к центральной области базы, периферийная область базы имеет минимальную ширину, причем без снижения напряжения пробоя изготавливаемого прибора. Коэффициент кривизны зоны 4 периферийной подобласти Поверхность эмиттерного и коллекторного переходов защищена термическим окислом 10 толщиной 0,9 мкм. На рабочей поверхности транзистора создана алюминиевая металлизация эмиттера 8 и базы 9 толщиной 5 мкм. На коллекторной стороне прибора создана металлизация толщиной 1,5 мкм. Величина Δ соответствует "избыточной ширине периферийной области базы при использовании известной конструкции для достижения того же напряжения пробоя, чему соответствует граница р-n-перехода 11. Способ изготовления указанного полупроводникового прибора достаточно прост. Сначала исходную n-n⁺-структуру окисляют известным способом в парах воды, получая на поверхности высокоомного слоя термический окисел толщиной, обеспечивающей требуемый коэффициент кривизны р-n-перехода в зоне, прилегающей к центральной подобласти базы. Например, для g₁= 5,5 получают 0,25 мкм. На полученный термический окисел известным способом наноcят пленку нитрида кремния толщиной и проводят процесс фотолитографии, вскрывая в указанной пленке нитрида кремния окна под диффузию базовой примеси (галлия), причем размер окон соответствует размеру центральной области базы. Далее проводят процесс диффузии галлия в открытой трубе, в результате которого формируется относительно сильнолегированная центральная область базы, окруженная периферийной областью шириной а с коэффициентом кривизны γ₁ 5,5 (благодаря известному специалистам соотношению скоростей диффузии галлия в окисле и в кремнии, приводящему к боковому "уходу" галлия под защитную маску). После снятия защитной маски процесс термического окисления повторяется, но толщина полученного термического окисла 0,9 мкм, что обеспечивает коэффициент кривизны p-n-перехода γ₂ 14. Далее повторяют процесс нанесения пленки нитрида кремния и фотолитографии. Следует отметить, что окна под вторую диффузию можно вскрывать того же размера, что и под первую диффузию (в этом случае обеспечивается минимальная степень легирования второй зоны периферийной подобласти базы и соответственно максимальное напряжение пробоя), а также увеличенного размера, который получают сложением размера центральной области базы с удвоенной шириной первой зоны периферийной области базы, прилегающей к центральной области базы (понятно, что в этом случае время процесса диффузии уменьшается, однако увеличивается степень легирования периферийной области базы, обеспечивающей требуемое напряжение пробоя, что при определенных условиях может привести к снижению напряжения пробоя перехода коллектор-база полупроводникового прибора. Проводят процесс диффузии галлия в открытой трубе, формируя вторую зону периферийной области базы шириной l с коэффициентом кривизны γ₂ 14 и с переменной степенью легирования, уменьшающейся по направлению к поверхностной границе р-n-перехода. После проведения второй диффузии галлия базовая область прибора представляет собой центральную область, относительно сильнолегированную, окруженную периферийной областью, состоящей из двух зон: первой зоны, прилегающей к центральной области базы и имеющей ширину L₁ а и коэффициент кривизны γ₁= 5.5 и второй зоны, прилегающей к поверхностной границе р-n-перехода и имеющей ширину L₂ 1 и коэффициент кривизны γ₂ 14. Понятно, что предлагаемый способ применим и для других диффузантов, например бора и для других покрытий. Например, в случае применения бора термический окисел заменяют поликристаллическим кремнием, а защитную маску из нитрида кремния на термический или пиролитический окисел. Возможны и другие варианты (с пористым кремнием и т.д.). Далее, после снятия защитной маски, известными способами формируются эмиттерные (или n⁺) области изготавливаемого прибора, пассивация его р-n-переходов и металлизация поверхности эмиттера, базы и коллектора (или катода и анода). Предлагаемая конструкция планарного полупроводникового прибора с высоким напряжением пробоя обеспечивает требуемое напряжение пробоя при минимальном расходе полупроводникового материала.

Формула изобретения

1. Планарный полупроводниковый прибор с высоким напряжением пробоя, содержащий в высокоомном слое первого типа проводимости базовую область второго типа проводимости, состоящую из центральной области глубиной H и периферийной области шириной L, окружающей центральную область, глубина и степень легирования которой уменьшается в направлении к месту выхода на поверхность высокоомного слоя p-n-перехода, образованного базовой областью и высокоомным слоем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения ширины периферийной области базы при сохранении величины напряжения пробоя и диффузионных параметров центральной области базы, периферийная область базы состоит по крайней мере из двух зон, в которых p-n-переход имеет различный угол наклона к поверхности высокоомного слоя, угол α₁<45° для первой зоны шириной L₁, прилегающей к центральной области базы, и угол α₂<α₁ для второй зоны шириной L₂>L₁, прилегающей к поверхностной границе p-n-перехода, причем L₂≥l, где l минимальная ширина области пространственного заряда в приповерхностной части базы, необходимая для обеспечения требуемого напряжения пробоя. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что вокруг центральной области базы над частью периферийной области располагается кольцевая металлизация шириной а, причем а ≅L₁.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2