Полупроводниковая структура

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой микроэлектроники. Технический результат - улучшение электрических параметров с повышением устойчивости к импульсным перегрузкам по токам. Сущность изобретения: в полупроводниковой структуре, содержащей подложку, полупроводниковый материал с обедненной областью в центральной части структуры, охваченной обедненной областью в периферийной части структуры, и токопроводящие контакты к структуре, в центральную часть введены углубленные элементы противоположного типа проводимости с обедненными областями сферической формы с повышенной напряженностью электрического поля по отношению к напряженностям электрического поля обедненных областей в промежутке между углубленными элементами и в периферийной части структуры. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой микроэлектроники с улучшенными электрическими параметрами и повышенной устойчивостью к импульсным перегрузкам по токам.

Известна полупроводниковая структура аналога, содержащая подложку, полупроводниковый материал с обедненной областью (пространственным зарядом) в центральной части структуры, охваченной обедненной областью в периферийной части структуры, токопроводящие контакты к структуре, в которой периферийная часть выполнена изолирующим диэлектриком с прилегающей обедненной областью преимущественно цилиндрической формы с повышенной напряженностью электрического поля и, соответсвенно, с пробивным напряжением, меньшим пробивного напряжения обедненной области плоского перехода в центральной части структуры.

Аналог - С.Зи. Физика полупроводниковых приборов, т.1, М.: Мир, 1984, перевод с английского под редакцией Р.А.Суриса, стр.310-317, рис.38, п.з.

Недостатки: ток лавинного пробоя локализуется в обедненной области периферийной части структуры, ухудшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Известны также полупроводниковые структуры прототипа, каждая из которых содержит подложку, полупроводниковый материал первого типа проводимости с обедненной областью (пространственным зарядом) в центральной части структуры, образованной токопроводящим контактом, например, металл - полупроводник, охваченной обедненной областью в периферийной части структуры, выполненной, например, с охранным кольцом второго типа проводимости и полевой обкладкой, расположенной над диэлектрическим слоем, токопроводящие контакты к структуре, соединенные и с периферийной ее частью.

Прототип - С.Зи. Физика полупроводниковых приборов, т.1, М.: Мир, 1984, перевод с английского под редакцией Р.А.Суриса, стр.310-317, рис.38, п.б, г.

Под действием приложенного обратного напряжения обедненная область распространяется в центральной части полупроводниковой структуры от поверхности полупроводникового материала, находящейся в контакте с токопроводящим слоем в периферийной части структуры, под охранным кольцом от его металлургической границы, под полевой обкладкой от поверхности полупроводникового материала под действием уменьшенного напряжения за счет его падения на диэлектрическом слое, при малой толщине которого пробой из-за повышенной напряженности электрического поля локализуется у края полевой обкладки, а при большой толщине - у края охранного кольца, что требует увеличения глубины залегания кольца и, соответственно, толщины под ним расположенного полупроводникового материала, приводящей к увеличению прямого падения напряжения на структуре. При малой толщине материала пробой локализуется под охранным кольцом, вследствие чего большая плотность лавинного тока пробоя охранного кольца требует увеличения его площади до 20-30% площади всей структуры, уменьшая тем самым рабочую центральную ее часть.

Недостатки: при прямом и обратном смещении ток сконцентрирован в ограниченной площади периферийной части структуры, что приводит к локальному ее перегреву. При этом центральная часть структуры не экранируется периферийным кольцом, имеет значительную напряженность электрического поля и токи утечки при обратном смещении, а также склонность к шнурованию тока из-за увеличения его значения при увеличении температуры структуры. К тому же при пиковом токе прямого смещения увеличенная область охранного кольца инжектирует заряды второго типа в локальную область полупроводникового материала первого типа проводимости, что увеличивает время рассасывания неосновных носителей и снижает быстродействие.

Технический результат изобретения: улучшение электрических параметров с повышением устойчивости к импульсным перегрузкам по токам достигается тем, что в полупроводниковой структуре, содержащей подложку, полупроводниковый материал с обедненной областью (пространственным зарядом) в центральной части структуры, токопроводящие контакты к структуре, в центральную часть структуры введены углубленные элементы противоположного типа проводимости с обедненными областями сферической формы с повышенной напряженностью электрического поля по отношению к напряженностям электрического поля обедненных областей в промежутке между углубленными элементами и в периферийной части структуры, обедненная область в промежутке между углубленными элементами образована токопроводящим контактом с полупроводниковым материалом, периферийная часть структуры выполнена с эквивалентным радиусом кривизны обедненной области цилиндрической формы, превышающим радиусы кривизны обедненных областей сферической формы углубленных элементов в центральной части структуры, периферийная часть структуры выполнена с эквивалентным радиусом кривизны обедненной области более радиуса кривизны обедненной области цилиндрического перехода с глубиной залегания не менее удвоенной толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое, толщина полупроводникового материала под введенными углубленными элементами в центральной части структуры составляет от 0,6 до 0,9 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое, площадь введенных в центральную часть структуры углубленных элементов составляет от 0,05 до 0,2 площади центральной части, расстояние между углубленными элементами в центральной части структуры составляет не менее 0,7 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое.

На чертеже полупроводниковой структуры изображены:

1 - низкоомная подложка;

2 - полупроводниковый материал первого типа проводимости;

3 - переход с обедненной в полупроводниковом материале областью в центральной части структуры;

4 - охранное кольцо второго типа проводимости с обедненной в полупроводниковом материале первого типа проводимости областью в периферийной части структуры;

5 - делительные кольца второго типа проводимости с обедненной в полупроводниковом материале первого типа проводимости областью в периферийной части структуры;

6 - углубленные элементы второго типа проводимости в полупроводниковом материале первого типа проводимости в центральной части структуры;

7 - р-n переход с обедненной областью сферической формы углубленного элемента второго типа проводимости в полупроводниковом материале первого типа проводимости в центральной части структуры;

8 - радиус кривизны обедненной области сферической формы р-n переходов углубленных элементов в центральной части структуры;

9 - токопроводящие контакты к центральной и периферийной частям структуры;

10 - глубина залегания углубленных элементов с р-n переходами в центральной части структуры;

11 - эквивалентный радиус кривизны обедненной в полупроводниковом материале области цилиндрической формы переходов в периферийной части структуры;

12 - глубина залегания цилиндрического перехода, составляющая не менее удвоенной толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое;

13 - радиус кривизны обедненной в полупроводником материале области цилиндрического перехода с глубиной залегания не менее удвоенной толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое;

14 - малая толщина полупроводникового материала под введенными углубленными элементами в центральной части структуры;

15 - расстояние между углубленными элементами в центральной части структуры.

Под действием приложенного обратного напряжения к данной полупроводниковой структуре обедненная область расширяется в полупроводниковый материал 2: в центральной части структуры от перехода 3 раздела полупроводникового материала с токопроводящим, например, металлическим контактом 9 и от р-n переходов 7 введенных углубленных элементов 6, в периферийной части структуры от составляющих ее участков 4, 5.

Выполнение углубленных элементов 6 противоположного типа проводимости полупроводникового материала в центральной части структуры, образующих р-n с переходы 7 с обедненными областями сферической формы по отношению к обедненной области плоской формы между элементами 6 и обедненной области в основном цилиндрической формы в периферийной части структуры, приводит к тому, что напряженность поля в обедненной области под введенными углубленными элементами 6 с переходами 7, выполняющими при обратном смещении функции "разрядников - молниеотводов", выше напряженностей поля обедненной области с переходом 3 между углубленными элементами 6 и обедненной области в периферийной части структуры.

В результате при увеличении обратного напряжения пробой обедненной области происходит в центральной части структуры под введенными углубленными элементами 6 с равномерным распределением тока по ее площади вследствие положительной температурной зависимости по напряжению, исключающей шнурование тока при работе с индуктивной нагрузкой и препятствующей пробою защищаемой вокруг углубленных элементов 6 обедненной области перехода 3, приводящее к уменьшению обратных токов утечки структуры.

При прямом смещении углубленные элементы 6 выполняют функции локальных инжекторов, снижающих прямое падение напряжения на структуре при повышенном прямом токе за счет его растекания по всей площади структуры без существенного увеличения времени рассасывания неосновных носителей при переключении, в результате чего улучшаются электрические параметры и повышается устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Выполнение промежутка между углубленными элементами 6 токопроводящими, например, металлическим контактом 9 с полупроводниковым материалом 2, образующим за счет контактной разности потенциалов переход диода Шоттки с обедненной областью плоской формы, приводит к тому, что поскольку напряженность электрического поля в обедненных областях сферических форм углубленных элементов 6 выше напряженностей электрического поля обедненной области плоской формы и в меньшей степени искривленной, чем сферической, обедненной области периферийной части структуры, пробой обедненной области происходит под углубленными элементами 6, выполняющими при обратном смещении функции "разрядников-молниеотводов" с положительной температурной зависимостью по напряжению, с равномерным распределением тока пробоя по площади центральной части структуры, исключающим его шнурование при работе с индуктивной нагрузкой и препятствующей пробою защищаемого вокруг углубленных элементов 6 с положительной температурной зависимостью по току перехода 6 с диодом Шоттки, приводящее к уменьшению обратных токов утечки структуры.

Выполнение периферийной части структуры с эквивалентным радиусом 11 кривизны обедненной области цилиндрической формы, превышающим радиусы 8 кривизны обедненных областей сферической формы р-n переходов 7 углубленных элементов 6 в центральной части структуры, обеспечивает пониженную напряженность электрического поля и, соответственно, повышенное напряжение пробоя обедненной области периферийной части структуры по отношению к напряженности электрического поля и напряжению пробоя обедненных областей под углубленными элементами 6.

Однако отмеченное не обеспечивает наибольшую эффективность полупроводниковой структуры в улучшении электрических параметров с повышенной устойчивостью к импульсным перегрузкам по токам.

Выполнение участков периферийной части структуры, например, с охранным кольцом 4 (противоположного типа проводимости от проводимости полупроводникового материала) снижает напряженность электрического поля и, соответственно, увеличивает пробивное напряжение структуры в сравнении со структурой без кольца, улучшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Однако увеличенная глубина охранного кольца 4, соответственно, приводит к необходимому увеличению радиуса кривизны обедненной области с увеличенным напряжением пробоя, которое требует увеличения под ним расположенного и под углубленными элементами 6 в центральной части структуры толщины полупроводникового материала 2, увеличивающим тем самым прямое падение напряжения на структуре.

Выполнение периферийной части структуры, например, с охранным 4 и делительными 5 кольцами (противоположного типа проводимости от проводимости полупроводникового материала) увеличивает эквивалентный радиус 11 кривизны их обедненной области и снижает напряженность электрического поля и, соответственно, увеличивает ее пробивное напряжение до наибольшего значения приближенному к максимальному пробивному напряжению плоскостного перехода при минимальных глубинах залегания колец 4, 5 и минимальной толщине расположенного под ними полупроводникового материала 2, еще более улучшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Выполнение участков 4, 5 периферийной части структуры, формирующих обедненную область с (эквивалентным) радиусом 11 кривизной более радиуса 13 кривизны обедненной области цилиндрического перехода с глубиной залегания 12, например, не менее удвоенной толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое, позволяет уменьшить напряженность электрического поля и, соответственно, увеличить пробивное напряжение периферийной части структуры более 0,85 от максимального значения напряжения пробоя перехода обедненной области, улучшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Выполнение толщины 14 полупроводникового материала 2 под введенными углубленными элементами 6 в центральной части структуры, составляющей от 0,6 до 0,9 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое позволяет с изменениями глубины 10 их залегания более эффективно регулировать разность между напряжениями пробоя центральной и периферийной части структуры от разрушения лавинным током, улучшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

Выполнение площади введенных в центральную часть структуры углубленных элементов 6 или суммарной их площади с площадью охранного кольца 4 периферийной части структуры, составляющими от 0,05 до 0,2 площади центральной части структуры, незначительно влияет на динамические параметры и в то же время обеспечивает эффективную защиту полупроводниковой структуры от импульсных перегрузок по токам.

Выполнение расстояния 15 между углубленными элементами 6 в центральной части структуры, например, не менее 0,7 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое позволяет обеспечить необходимый радиус 8 кривизны обедненных областей сферической формы с повышенной напряженностью электрического поля и, соответственно, уменьшенным напряжением пробоя по отношению к напряженностям электрического поля и напряжению пробоя обедненных областей в промежутке между углубленными элементами 6 и в периферийной части структуры, улучшая тем самым электрические параметры и устойчивость структуры к импульсным перегрузкам по токам.

1. Полупроводниковая структура, содержащая подложку, полупроводниковый материал с обедненной областью в центральной части структуры, охваченной обедненной областью в периферийной части структуры, токопроводящие контакты к структуре, отличающаяся тем, что в центральную часть структуры введены углубленные элементы противоположного типа проводимости с обедненными областями сферической формы с повышенной напряженностью электрического поля по отношению к напряженностям электрического поля обедненных областей в промежутке между углубленными элементами и в периферийной части структуры.

2. Полупроводниковая структура по п.1, отличающаяся тем, что обедненная область в промежутке между углубленными элементами образована токопроводящим контактом с полупроводниковым материалом,

3. Полупроводниковая структура по п.1, отличающаяся тем, что периферийная часть структуры выполнена с эквивалентным радиусом кривизны обедненной области цилиндрической формы, превышающим радиусы кривизны обедненных областей сферической формы углубленных элементов в центральной части структуры.

4. Полупроводниковая структура по п.3, отличающаяся тем, что периферийная часть структуры выполнена с эквивалентным радиусом кривизны обедненной области более радиуса кривизны цилиндрического перехода с глубиной залегания не менее удвоенной толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое.

5. Полупроводниковая структура по п.1, отличающаяся тем, что толщина полупроводникового материала под введенными углубленными элементами в центральной части структуры составляет от 0,6 до 0,9 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое.

6. Полупроводниковая структура по п.1, отличающаяся тем, что площадь введенных в центральную часть структуры углубленных элементов составляет от 0,05 до 0,2 площади центральной части.

7. Полупроводниковая структура по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между углубленными элементами центральной части структуры составляет не менее 0,7 толщины обедненного слоя плоскостного перехода при пробое.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вычислительной техники и интегральной электроники, а более конкретно к интегральным логическим элементам СБИС. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и интегральной электроники, а более конкретно - к интегральным логическим элементам СБИС. .

Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к технике изготовления твердотельных приборов и интегральных схем с использованием СВЧ плазменного стимулирования в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР), а также к технологии плазменной обработки в процессе изготовления различных полупроводниковых структур.

Изобретение относится к наноэлектронике. .

Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к интегральным транзисторным структурам типа MOS. .

Изобретение относится к электронной технике и микроэлектронике, а именно к линиям передачи. .

Изобретение относится к MOS полупроводниковому запоминающему устройству, в частности к полупроводниковому устройству, повышающему высокотемпературную стабильность силицида титана, применяемого для изготовления вентильной линии полицида в DRAM (памяти произвольного доступа).

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании конструкций логических сверхбольших интегральных схем (СБИС) со сверхмалым потреблением мощности.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и наноэлектронике и может быть использовано при создании логических интегральных схем с элементами нанометровых размеров

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и наноэлектронике и может быть использовано при создании логических интегральных схем с элементами нанометровых размеров

Изобретение относится к области микроэлектроники и радиотехники и может быть использовано при создании СВЧ монолитных интегральных схем на арсениде галлия. Технический результат - повышение степени интеграции МИС СВЧ, уменьшение массогабаритных размеров приемо-передающих модулей антенных решеток, снижение потерь, связанных с прохождением сигналов между схемами или функциональными блоками, повышение граничных частот диодов с барьером Шоттки. Многофункциональная СВЧ монолитная интегральная схема на многослойной полупроводниковой структуре сочетает функции нескольких отдельных монолитных интегральных схем и содержит в качестве активных и нелинейных элементов интегрированные на одном кристалле полевые транзисторы Шоттки и квазивертикальные диоды с барьером Шоттки с высокими значениями граничных частот. Активные области полевых транзисторов и базовые области квазивертикальных диодов находятся в разных эпитаксиальных слоях, с расположенным между ними низкоомным контактным слоем, к которому формируются омические истоковые и стоковые контакты транзисторов, и омические катодные контакты диодов. 1 ил.

В полупроводниковом устройстве диодная область и область БТИЗ сформированы на одной и той же полупроводниковой подложке. Диодная область включает в себя множество анодных слоев первого типа проводимости, открытых на поверхности полупроводниковой подложки и отделенных друг от друга. Область БТИЗ включает в себя множество контактных слоев тела первого типа проводимости, которые открыты на поверхности полупроводниковой подложки и отделены друг от друга. Анодный слой включает в себя по меньшей мере один или более первых анодных слоев. Первый анодный слой сформирован в положении вблизи по меньшей мере области БТИЗ, и площадь в направлении плоскости полупроводниковой подложки в каждом из первых анодных слоев больше, чем площадь в направлении плоскости полупроводниковой подложки в контактном слое тела в непосредственной близости от диодной области. В изобретении рост прямого напряжения в диодной области и увеличение тепловых потерь предотвращены. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к способу производства полупроводниковых изделий, предусматривающего монтаж кристаллов к корпусам, для осуществления которого используется напыление металлического покрытия на обратную поверхность кристаллов в составе подложки. Сущность изобретения: способ уменьшения остаточных термомеханических напряжений на границе подложка - металлическое покрытие, заключающийся в том, что перед напылением металлических покрытий подложку изгибают в обратном направлении. Новым в способе уменьшения остаточных термомеханических напряжений на границе подложка - металлическое покрытие является то, что напыление осуществляют на обратную поверхность подложки через трафарет, имеющий сквозные отверстия, форма и размеры которых идентичны размерам кристаллов, а перемычки между отверстиями в трафарете соизмеримы с шириной разделительных дорожек, сформированных между кристаллами на лицевой поверхности подложки. 5 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления интегральных микросхем в части формирования интерпозера для объемной сборки нескольких чипов в единую микроэлектронную систему и процесса его изготовления. Изобретение направлено на снижение воздействия градиентов температур и связанных с ними механических напряжений, возникающих в теле интерпозера при работе интегральной микроэлектронной системы. Для этого в теле интерпозера вокруг сквозных отверстий (TSV), заполненных проводящим материалом для создания электрического соединения металлизированной электрической разводки рабочей стороны с металлизированной разводкой обратной стороны интерпозера, формируются отверстия, один из топологических размеров которых существенно меньше диаметра или минимального топологического размера TSV. Сформированные таким образом отверстия для снижения воздействия градиентов температур заполняются материалом с теплопроводностью, большей чем у кремния, для компенсации механических напряжений не заполняются либо заполняются частично с образованием пустот внутри отверстия. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и наноэлектронике и может быть использовано при создании логических интегральных схем с элементами нанометровых размеров. В интегральном логическом элементе ИЛИ-НЕ на основе однослойной трехмерной наноструктуры, содержащем первый и второй логические транзисторы, нагрузочный резистор и подложку, логическая структура выполнена наноразмерной со ступенчатым профилем. Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявленной совокупности существенных признаков, состоит в том, что создан новый тонкослойный интегральный логический элемент ИЛИ-НЕ на основе слоистой трехмерной наноструктуры с вертикально ориентированными слоями, в котором рабочими переходами «база-эмиттер» и «база-коллектор» являются поверхностные переходы, которые обладают низкой мощностью потребления и наименьшими поверхностями переходов, что обеспечивает снижение потребляемой мощности и повышение быстродействия из-за снижения паразитных емкостей переходов. 13 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии получения монолитных интегральных схем (МИС) на основе полупроводниковых соединений AIIIBV. Изобретение обеспечивает получение МИС на основе полупроводниковых соединений AIIIBV с более низкой себестоимостью изготовления за счет использования металлизации, в которой минимизировано содержание драгоценных металлов, по технологии, совместимой с технологией Si микроэлектроники, для формирования современных приборов гетероинтегрированной электроники. Устройство содержит полупроводниковую пластину с активным слоем, содержащим канальный и контактный слои, включающее активные и пассивные элементы, выполненные на основе омических контактов, затворов, нижней обкладки конденсаторов, резистивного слоя, металлизации первого, второго и третьего уровней, первого, второго, третьего и четвертого слоев защитного диэлектрика, сквозных отверстий и металлизации обратной стороны. Металлизации первого, второго уровней и обратной стороны выполнены на основе Cu, а омических контактов и затворов - на основе Al. 17 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при создании твердотельных ограничительных модулей для применения в гибридно-интегральных защитных и стабилизирующих СВЧ-устройствах пассивного типа. Способ изготовления ограничительного модуля на встречно-включенных p-i-n структурах включает равномерное утонение центральной части полупроводниковой пластины, легирование обеих сторон пластины по всей поверхности акцепторной или донорной примесью, создание локальных углублений, превышающих глубину залегания легирующей примеси, после чего обе стороны пластины, кроме углублений, закрывают маскирующим слоем диэлектрика и проводят двухстороннее легирование пластины донорной (акцепторной) примесью. Технический результат заключается в повышении процента выхода годных приборов. 12 ил.
Наверх