Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением



Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением
Полупроводниковый конструктивный элемент с оптимизированным краевым завершением

 


Владельцы патента RU 2564048:

ИНФИНЕОН ТЕКНОЛОДЖИЗ БИПОЛАР ГМБХ УНД КО. КГ (DE)

Изобретение относится к полупроводниковым приборам. В полупроводниковом конструктивном элементе, имеющем полупроводниковое тело (21) с первой стороной (22), второй стороной (23) и краем (24), внутреннюю зону (27) с основным легированием первого типа проводимости, расположенную между первой стороной (22) и внутренней зоной (27) первую полупроводниковую зону (61) первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны (27), расположенную между второй стороной (23) и внутренней зоной (27) вторую полупроводниковую зону (29) второго типа проводимости, с концентрацией легирования выше концентрации легирования внутренней зоны (27), по меньшей мере один первый краевой скос, который проходит под первым углом (30) к плоскости прохождения перехода от второй полупроводниковой зоны (29) к внутренней зоне (27) по меньшей мере вдоль края (24) второй полупроводниковой зоны (29) и внутренней зоны (27), второй краевой скос со вторым углом (71), величина которого меньше величины первого угла, который проходит вдоль края (24) первой полупроводниковой зоны (61) или скрытой полупроводниковой зоны (41), при этом по меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона (41) второго типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше, чем во внутренней зоне (27), предусмотрена между первой полупроводниковой зоной (61) и внутренней зоной (27) и проходит по существу параллельно первой полупроводниковой зоне (61). Изобретение позволяет исключить повышенные пики силы поля в краевой области, возникающие во время процесса выключения полупроводникового конструктивного элемента, а также обеспечивает повышенную воспроизводимость и меньший разброс электрических свойств. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Данное изобретение относится к полупроводниковому конструктивному элементу, в частности к дисковому диоду согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Само по себе известно, что краевое завершение полупроводниковых конструктивных элементов, в частности силовых полупроводниковых конструктивных элементов, имеет значительное влияние на достижимую пробивную прочность конструктивного элемента. В целом, краевые структуры полупроводниковых конструктивных элементов можно разделить на две основные группы: краевые структуры, в которых за счет краевого скоса на полупроводниковом теле устанавливается угол, под которым, например, pn-переход пересекает полупроводниковую поверхность, и краевые структуры с плоской полупроводниковой поверхностью, которые называются планарными краевыми структурами. Такие краевые структуры известны, например, из монографии LUTZ, Josef; Halbleiter-Leistungsbauelemente; 1. Aufl. Berlin: Springer-Verlag; 2006, страницы 80-85 (Лутц, Йозеф. «Полупроводниковые силовые конструктивные элементы». - Берлин: Издательство «Шпрингер», 2006).

Краевой скос в краевой области полупроводникового конструктивного элемента может быть выполнен на полупроводниковом теле как механически, например, с помощью шлифовки или притирки, так и химически с помощью целенаправленного травления. Угол краевого скоса обычно определяется относительно перехода от более высоколегированной к более низколегированной полупроводниковой зоне, при этом угол является положительным, когда диаметр полупроводникового тела уменьшается в направлении от более высоколегированной к более низколегированной полупроводниковой зоне, в противном случае угол является отрицательным.

В обычных полупроводниковых конструктивных элементах, в частности дисковых диодах, в качестве краевого завершения обычно предусмотрен положительный угол. Этот угол обуславливает расширение зоны пространственного заряда, так что она при обычных в настоящее время величинах фонового легирования внутренней зоны полупроводникового тела уже при относительно небольших прикладываемых запирающих напряжениях граничит с высоко n-легированным эмиттером. Это приводит к тому, что в диапазоне положительного угла в переходе между слабо легированной примесью n-типа и высоко легированной примесью n-типа областью возникают сильно повышенные силы электрического поля. Эти пики поля являются особенно критичными, когда при выключении с большой коммутационной крутизной возникает высокая плотность свободных электронов в этом месте и ход поля становится локально более крутым. Это может приводить к выходу из строя полупроводникового конструктивного элемента. Диапазон углов для положительного скоса составляет обычно между примерно 25° и примерно 50°.

В частности, в полупроводниковых конструктивных элементах с краевым скосом с положительным углом расположенная на стороне края анодная поверхность относительно больше расположенной на стороне края катодной поверхности, так что в случае пропускания на краю полупроводникового тела со стороны катода может возникать более высокая плотность тока. Поскольку накапливаемый заряд пропорционален плотности тока, то предпочтительно в зоне края возникает динамический лавинный эффект.

До настоящего времени в качестве меры противодействия дополнительно к положительному краевому скосу предусматривается травление второго краевого скоса с более плоским углом, в частности плоским отрицательным углом, в полупроводниковом теле в наружной или, соответственно, краевой области высоко легированного примесью n-типа эмиттера полупроводникового конструктивного элемента. Это осуществляется обычно с помощью травления в центрифуге. Однако при этом недостатком является то, что этот способ приводит к трудно воспроизводимому краевому контуру и тем самым к разбросу электрических свойств от одного конструктивного элемента к другому конструктивному элементу. В частности, могут получаться отдельные конструктивные элементы с локальными слабыми точками, в частности в указанных местах возникают повышения силы поля.

В US 4220963 А раскрыт полупроводниковый конструктивный элемент согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Из JP 60066477 А известен второй краевой скос вдоль края полупроводникового конструктивного элемента.

Исходя из вышесказанного в основу данного изобретения положена задача создания полупроводникового конструктивного элемента, в котором можно целенаправленно исключать повышенные пики силы поля в краевой области, которые возникают во время процесса выключения полупроводникового конструктивного элемента. Кроме того, полупроводниковые конструктивные элементы должны обеспечивать более простую и более точную воспроизводимость и иметь меньший разброс электрических свойств, в частности, во время фазы выключения, соответственно, фазы удаления полупроводникового конструктивного элемента.

Эта задача решена с помощью полупроводникового конструктивного элемента, в частности дискового диода, с признаками пункта 1 формулы изобретения. Другие особенно предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению полупроводниковый конструктивный элемент, в частности дисковый диод, имеет полупроводниковое тело с первой стороной, второй стороной и краем; кроме того, внутреннюю зону с основным легированием первого типа проводимости; первую, расположенную между первой стороной и внутренней зоной полупроводниковую зону первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны; вторую, расположенную между второй стороной и внутренней зоной полупроводниковую зону второго типа проводимости, комплементарного первому типу проводимости, с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны; и по меньшей мере один первый краевой скос, который проходит под первым углом к плоскости прохождения перехода от второй полупроводниковой зоны к внутренней зоне по меньшей мере вдоль края второй полупроводниковой зоны и внутренней зоны. Согласно изобретению по меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона второго типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше, чем во внутренней зоне, предусмотрена между первой полупроводниковой зоной и внутренней зоной, при этом эта скрытая полупроводниковая зона проходит по существу параллельно первой полупроводниковой зоне.

Скрытой в смысле данного изобретения обозначается полупроводниковая зона, которая не граничит ни с первой, ни со второй стороной полупроводникового тела, а расположена в вертикальном направлении внутри полупроводникового тела. Скрытая полупроводниковая зона в смысле данного изобретения может доходить лишь до края полупроводникового тела.

По меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона второго типа проводимости обуславливает в случае пропускания полупроводникового конструктивного элемента уменьшение плотности тока у края полупроводникового тела. За счет этого динамический лавинный эффект в режиме запирания полупроводникового конструктивного элемента возникает лишь с задержкой во времени. При переходе от случая пропускания в режим запирания в полупроводниковом теле удаляются заряды. Лишь во время этого следующего за случаем пропускания процесса удаления может возникать лавинный эффект, соответственно, динамический лавинный эффект. В этом случае он возникает предпочтительно в краевой области полупроводникового тела и принимает тем более критические размеры, чем выше была плотность тока в краевой области перед выключением. Это может быть предотвращено с помощью скрытой полупроводниковой зоны второго типа проводимости, поскольку она уже во время фазы пропускания эффективно предотвращает высокую плотность заряда и тем самым высокую плотность тока в краевой области.

Если происходит динамический лавинный эффект, то скрытая полупроводниковая зона осуществляет инжекцию носителей второго типа проводимости, например, в случае легирования примесью p-типа дырки, которые могут по меньшей мере частично компенсировать создаваемые в полупроводниковой зоне полупроводникового тела за счет динамического лавинного эффекта носители заряда, в случае легированной примесью n-типа полупроводниковой зоны электроны. Кроме того, изготовление скрытой полупроводниковой зоны обеспечивает, например, с помощью предварительного покрытия или имплантации ионов и последующей стадии внедрения возможность точной воспроизводимости и приводит тем самым к меньшему разбросу электрических свойств полупроводниковых конструктивных элементов.

По меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона согласно изобретению выполнена, соответственно, имеет такие размеры, что она при превышении определенной заданной плотности тока в полупроводниковом теле во время процесса выключения осуществляет инжекцию носителей заряда одного типа проводимости, которые по меньшей мере частично компенсируют ток носителей заряда другого, комплементарного типа проводимости. При этом важное значение имеет, в частности, латеральная длина, или соответственно, ширина и концентрация легирования скрытой полупроводниковой зоны, а также концентрация легирования примыкающего фонового легирования внутренней зоны.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения скрытая полупроводниковая зона имеет максимальную концентрацию легирования предпочтительно между примерно 2×1016 см-3 и примерно 5×1017 см-3, при этом ее профиль легирования предпочтительно является Гауссовым типом. Кроме того, она проходит на глубине предпочтительно между примерно 1,5 мкм и примерно 15 мкм.

Для защиты, в частности, края или, соответственно, краевой области, граничащей с краем полупроводникового тела, от повышенных сил электрического поля в одном предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено расположение скрытой полупроводниковой зоны лишь в наружной, соответственно, краевой области полупроводникового тела. Предпочтительно, скрытая полупроводниковая зона в имеющем форму диска полупроводниковом теле, например дисковом диоде, может быть выполнена кольцеобразно в наружной, соответственно, краевой области полупроводникового тела. В этом варианте выполнения скрытая полупроводниковая зона может доходить до края полупроводникового тела.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения скрытая полупроводниковая зона расположена сбоку на расстоянии от края полупроводникового тела. За счет этого предотвращается возможность возникновения пика силы поля, возникающего у края полупроводникового тела, слишком близко от скрытой полупроводниковой зоны, что в статическом случае запирания может приводить к повышенному запирающему току или даже к уменьшению напряжения запирания. Боковое расстояние скрытой полупроводниковой зоны до края полупроводникового тела предпочтительно составляет между примерно 30 мкм и примерно 200 мкм.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что между первой полупроводниковой зоной и внутренней зоной расположена проходящая параллельно первой полупроводниковой зоне зона блокировки поля первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая лежит между концентрацией легирования первой полупроводниковой зоны и концентрацией легирования внутренней зоны, при этом зона блокировки поля расположена перед скрытой полупроводниковой зоной в направлении внутренней зоны. За счет этого эффективным образом повышается статическая запирающая способность полупроводникового конструктивного элемента при одинаковой толщине внутренней зоны, благодаря тому что перед высоко легированной полупроводниковой зоной первого типа проводимости с небольшой глубиной проникновения расположена зона блокировки поля первого типа проводимости с повышенной глубиной проникновения. Проникновение электрического поля в зону блокировки поля допускается. Предусмотренная зона блокировки поля дополнительно противодействует превышению силы поля у края полупроводникового тела за счет дополнительно предоставляемого в распоряжение в случае запирания пространственного заряда второго типа проводимости. Зона блокировки поля имеет концентрацию легирования предпочтительно между примерно 5×1014 см-3 до примерно 5×1016 см-3 и глубину проникновения предпочтительно между примерно 10 мкм и примерно 70 мкм. Кроме того, профиль легирования зоны блокировки поля предпочтительно соответствует Гауссовому типу. Зона блокировки поля может быть выполнена сама по себе известным образом, например посредством предварительного покрытия легирующим материалом, например фосфором или селеном в случае легированной примесью n-типа зоны блокировки поля, или посредством имплантации легирующего материала с последующей диффузией внутрь объема.

Согласно изобретению предусмотрен второй краевой скос со вторым углом относительно перехода от первой полупроводниковой зоны к внутренней зоне, соответственно, к зоне блокировки поля, который проходит по меньшей мере вдоль края первой полупроводниковой зоны и скрытой полупроводниковой зоны, при этом величина второго угла меньше величины первого угла. Предпочтительно, величина второго угла лежит между примерно 1° и примерно 5°. За счет этого место выхода зоны пространственного заряда на стороне первой полупроводниковой зоны лежит в области зоны блокировки поля и расширяется за счет краевого скоса к краю, в результате чего уменьшается высота пика силы поля у края.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что в одной плоскости расположено несколько скрытых полупроводниковых зон сбоку на расстоянии друг от друга. За счет этого достигается особенно высокая стабильность полупроводникового конструктивного элемента при выключении. В качестве альтернативного решения или дополнительно к этому варианту выполнения скрытая полупроводниковая зона может иметь также прерывания, которые выполнены в виде полос и/или двухмерной дырочной системы. Прерывания, соответственно отверстия, этой скрытой полупроводниковой зоны составляют предпочтительно максимально 6 мкм и особенно предпочтительно от примерно 2 мкм до примерно 6 мкм. В случае двухмерной дырочной системы прерывания, соответственно дырки, которые называются также «Shorts», расположены в сплошной скрытой полупроводниковой зоне, при этом диаметр этих дырок может быть также больше 6 мкм, предпочтительно до примерно 10 мкм. В частности, диаметр дырок может также изменяться в направлении края полупроводникового тела, например становиться меньше. Кроме того, снабженная прерываниями, соответственно отверстиями, скрытая полупроводниковая зона может проходить также по всему диаметру полупроводникового тела, за счет чего может быть дополнительно увеличена стабильность при выключении полупроводникового конструктивного элемента.

Другие предпочтительные детали и преимущества изобретения поясняются ниже на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода полупроводникового конструктивного элемента согласно уровню техники, на виде сбоку;

фиг. 2 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода первого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента не согласно изобретению, на виде сбоку;

фиг. 3 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода второго примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента, не согласно изобретению, на виде сбоку;

фиг. 4 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода третьего примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента не согласно изобретению, на виде сбоку;

фиг. 5 - пример профиля легирования показанного на фиг. 4 полупроводникового конструктивного элемента;

фиг. 6 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода четвертого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента согласно изобретению, на виде сбоку; и

фиг. 7 - часть поперечного сечения выполненного в виде диода пятого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента согласно изобретению, на виде сбоку.

На разных фигурах одинаковые части всегда обозначены одинаковыми ссылочными позициями, так что их описание приводится, как правило, лишь один раз.

На фиг. 1 показана на виде сбоку часть поперечного сечения выполненного в виде диода полупроводникового конструктивного элемента 20 согласно уровню техники. Полупроводниковый конструктивный элемент 20, соответственно диод 20, содержит полупроводниковое тело 21 с первой стороной 22, второй стороной 23 и краем 24. Полупроводниковое тело 21 подразделяется в радиальном направлении r на внутреннюю область 25 и краевую область 26.

Следует отметить, что внутренняя область 25 полупроводникового тела 21 по площади обычно существенно больше краевой области 26 и что краевая область 26 при виде сверху на полупроводниковый конструктивный элемент 20 полностью кольцеобразно окружает внутреннюю область 25 в окружном направлении. Поскольку существенным аспектом данного изобретения является краевая область 26, то на фигурах в целях наглядности изображена лишь краевая область 26 и небольшая часть внутренней области 25.

Кроме того, выполненный на фиг. 1 в виде диода, в частности дискового диода, полупроводниковый конструктивный элемент 20 содержит в вертикальном направлении внутреннюю зону 27 с фоновым легированием первого типа проводимости, которая образует базу силового диода 20, расположенную между первой стороной 22 и внутренней зоной 27 первую полупроводниковую зону 28 первого типа проводимости, а также расположенную между второй стороной 23 и внутренней зоной 27 вторую полупроводниковую зону 29 второго типа проводимости, комплементарного относительно первого типа проводимости. В показанном на фиг. 1 примере внутренняя зона 27 слабо легирована примесью n-типа, первая полупроводниковая зона высоко n-легирована, и вторая полупроводниковая зона 29 высоко легирована примесью p-типа. Выражения «слабо легирована» и «высоко легирована» указывают сами по себе известным образом, что концентрации легирования первой и второй полупроводниковой зоны 28 и 29 по существу выше концентрации легирования внутренней зоны 27. Обычные концентрации легирования высоко легированных областей лежат обычно между примерно 1018 см-3 и примерно 1021 см-3, в то время как концентрации легирования слабо легированной внутренней зоны 27 обычно составляют между примерно 1012 см-3 и примерно 1015 см-3. Вторая полупроводниковая зона 29 и внутренняя зона 27 образуют в показанном примере pn-переход.

Кроме того, как показано на фиг. 1, диод 20, соответственно, полупроводниковое тело 21 имеет первый краевой скос края 24 с первым углом 30, под которым плоскость прохождения перехода, в показанном на фиг. 1 примере pn-перехода, пересекает край 24 от второй полупроводниковой зоны 29 к внутренней зоне 27. Краевой скос проходит в показанном диоде 20 вдоль края первой и второй полупроводниковой зоны 28, 29, а также внутренней зоны 27 и тем самым вдоль всего края 24 полупроводникового тела 21. Угол 30 относительно pn-перехода в показанном на фиг. 1 примере диода 20 является положительным углом, который выбран предпочтительно между примерно 25° и примерно 50°.

Кроме того, на фиг. 1 показана глубина 31 проникновения и глубина 32 проникновения зоны пространственного заряда диода 20 в направлении первой полупроводниковой зоны 28 (на стороне катода) и в направлении второй полупроводниковой зоны 29 (на стороне анода). В изображенных на фиг. 1 зонах пространственного заряда показаны лишь характеристики изменения, а не случай максимально возможного запирающего напряжения для случая статического пробоя.

Кроме того, на фиг. 1 с помощью соответствующих стрелок 33 показана характеристика изменения плотности тока в случае пропускания. Поскольку площадь второй полупроводниковой зоны 29 у края относительно больше площади первой полупроводниковой зоны 29, то у края вблизи области, обозначенной ссылочной позицией 34, в режиме пропускания и тем самым также во время фазы удаления может возникать повышенная плотность тока, которая пропорциональна заряду, накопленному в полупроводниковом теле 21. За счет этого остаточного заряда в краевой области образуется во время фазы удаления, следующей за фазой пропускания, повышенный пространственный заряд из электронов, которые в зоне края 24, в частности, вблизи области, обозначенной ссылочной позицией 34, могут приводить к динамическому лавинному эффекту.

На соответствующих наружных боковых, соответственно, контактных поверхностях первой стороны 22 и второй стороны 23 полупроводникового тела 21 предусмотрено само по себе известное металлопокрытие 35, посредством которого обеспечивается возможность электрического соединения полупроводникового конструктивного элемента 20 с его окружением.

Часть поперечного сечения первого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента 40 согласно изобретению, выполненного в виде диода, в частности дискового диода, показана на виде сбоку на фиг. 2. Пример выполнения диода 40 отличается от показанного на фиг. 1 диода 20 лишь тем, что предусмотрена по меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона 41 второго типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны 27, между первой полупроводниковой зоной 28 и внутренней зоной 27. Скрытая полупроводниковая зона 41 в показанном на фиг. 2 примере выполнения является легированной примесью p-типа. В частности, скрытая полупроводниковая зона 41 выполнена в виде круглого кольца р-типа. Как показано на фиг. 2, скрытая полупроводниковая зона 41 предусмотрена по существу лишь в краевой области 26 полупроводникового тела 21, с целью, в частности, уменьшения в этой области плотности тока во время выключения и тем самым замедления возникновения динамического лавинного эффекта.

Во время фазы удаления скрытая полупроводниковая зона 41 осуществляет инжекцию предпочтительно дырок, которые компенсируют создающие лавинный эффект электроны. За счет разгрузки от тока края 24, соответственно, краевой области 26 предотвращаются повышенные пики силы поля у края 24, в частности в области расположенной на стороне катода зоны 34. Кроме того, выполнение скрытой полупроводниковой зоны 41, например с помощью предварительного покрытия или имплантации ионов и последующей высокотемпературной стадии, обеспечивает возможность точной воспроизводимости легирования. Тем самым предотвращается, соответственно, существенно уменьшается разброс электрических свойств полупроводникового конструктивного элемента 40, в частности возникающих указанных выше соотношений во время фазы удаления.

Размеры скрытой полупроводниковой зоны 41 согласно изобретению таковы, что она при превышении определенной задаваемой плотности тока может осуществляет инжекцию носителей заряда, в показанном на фиг. 2 случае дырки, которые по меньшей мере частично могут компенсировать локально повышенный электронный ток. Существенным для выбора этих размеров является, в частности, выбор боковой длины, соответственно, вертикальной глубины и легирования скрытой полупроводниковой зоны 41, а также концентрация легирования примыкающей внутренней зоны 27. Предпочтительно, максимальная концентрация легирования скрытой полупроводниковой зоны 41 составляет между примерно 2×1016 см-3 и примерно 5×1017 см-3, при этом она предпочтительно имеет профиль легирования Гауссового типа. Вертикальная длина скрытой полупроводниковой зоны 41 составляет предпочтительно между примерно 1,5 мкм и примерно 15 мкм. При этом боковая длина, соответственно, ширина кольца 41 р-типа проходит по меньшей мере по всей неметаллизированной зоне стороны 22 и лежит предпочтительно между примерно 50 мкм и примерно 1000 мкм.

На фиг. 3 показана на виде сбоку часть поперечного сечения второго примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента 50, выполненного в виде диода. Как показано на фиг. 3, диод 50 имеет скрытую полупроводниковую зону 51, которая в этом примере выполнения расположена на расстоянии сбоку от края 24 полупроводникового тела 21. Боковое расстояние предпочтительно составляет между примерно 30 мкм и 200 мкм. За счет этого расположения скрытой полупроводниковой зоны 51 предотвращается возникновение пика силы поля в зоне 34 близко к скрытой полупроводниковой зоне 51. В случае статического запирания это может приводить к повышенному запирающему току или даже к уменьшению запирающего напряжения.

Другая возможность предотвращения возникновения пиков силы поля в области 34 слишком близко к скрытой полупроводниковой зоне 51 показана на фиг. 4, на которой изображена на виде сбоку часть поперечного сечения третьего примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента 60, выполненного в виде диода. Диод 60 имеет, аналогично показанному на фиг. 2 диоду 40, скрытую полупроводниковую зону 41, которая проходит вплоть до края 24. Однако в отличие от диода 40 в диоде 60 первая полупроводниковая зона 28, показанная на фиг. 2, разделена на высоколегированную первую полупроводниковую зону 61 с низкой глубиной проникновения и расположенную перед ней зону 62 блокировки поля с большей глубиной проникновения. Другими словами, между первой полупроводниковой зоной 61 и внутренней зоной 27 расположена проходящая параллельно первой полупроводниковой зоне 61 зона 62 блокировки поля первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая лежит между концентрацией легирования первой полупроводниковой зоны 61 и концентрацией легирования внутренней зоны 27. Зона 62 блокировки поля расположена перед скрытой полупроводниковой зоной 41 в направлении внутренней зоны 27. Проникновение электрического поля в эту буферную, соответственно, зону 62 блокировки поля разрешено, так что тем самым повышается статическая способность запирания полупроводникового конструктивного элемента 60 при одинаковой толщине внутренней зоны 27. Более высокая концентрация положительного пространственного заряда внутри зоны пространственного заряда зоны 62 блокировки поля компенсирует в случае запирания отрицательный пространственный заряд электронов и тем самым противодействует слишком сильному превышению силы поля в области зоны 34.

Буферная, соответственно, зона 62 блокировки поля имеет такие размеры, что ее концентрация легирования предпочтительно составляет между примерно 5×1014 см-3 и примерно 5×1016 см-3. Глубина проникновения зоны 62 блокировки поля предпочтительно составляет между примерно 10 мкм и примерно 70 мкм. Кроме того, профиль легирования зоны 62 блокировки поля предпочтительно соответствует Гауссовому типу. Зона блокировки поля может быть выполнена известным само по себе образом, например посредством предварительного покрытия или имплантации легирующего материала, например фосфора или селена, с последующей диффузией вглубь объема.

На фиг. 5 показан в качестве примера профиль легирования полупроводникового конструктивного элемента 60, показанного на фиг. 4. Слева направо на фиг. 5 показаны фоновое легирование слабо легированной примесью n-типа внутренней зоны 27, более высоко легированной примесью n-типа зоны 62 блокировки поля, еще более высоко легированной примесью p-типа скрытой полупроводниковой зоны 41 и, наконец, высоко легированной примесью n-типа первой полупроводниковой зоны 61.

На фиг. 6 показана на виде сбоку часть поперечного сечения четвертого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента 70 согласно изобретению, выполненного в виде диода. Диод 70 имеет относительно показанного на фиг. 4 диода 60 второй краевой скос со вторым, более плоским углом 71 относительно перехода от первой полупроводниковой зоны 61 к внутренней зоне 27, соответственно, к зоне 62 блокировки поля. Второй краевой скос проходит в показанном примере выполнения вдоль края первой полупроводниковой зоны 61 и скрытой полупроводниковой зоны 41, при этом величина второго угла 71 меньше величины первого угла 30 и лежит предпочтительно между примерно 1° и примерно 5°. Относительно n+n-перехода от первой полупроводниковой зоны 61 к зоне 62 блокировки поля угол 71 является отрицательным углом. Место 34 выхода зоны пространственного заряда на стороне первой полупроводниковой зоны 61 лежит в области зоны 62 блокировки поля и имеет в этом месте плоский угол, что уменьшает высоту пика силы поля за счет расширения зоны пространственного заряда. Понятно, что показанный на фиг. 6 выход не отображает условия максимально прикладываемого запирающего напряжения, а служит лишь для принципиального наглядного пояснения общего положения и формы зоны пространственного заряда.

На фиг. 7 показана на виде сбоку часть поперечного сечения пятого примера выполнения полупроводникового конструктивного элемента 80 согласно изобретению, выполненного в виде диода. Диод 80 имеет в противоположность скрытой полупроводниковой зоне 41 диода 70, показанного на фиг. 6, несколько расположенных в одной плоскости и на боковом расстоянии друг от друга скрытых полупроводниковых зон 81. Как показано на фиг. 7, скрытые полупроводниковые зоны 81 не должны ограничиваться краевой областью 26 полупроводникового тела 21, а могут быть по большей части расположены с распределением также по внутренней области 25 полупроводникового тела 21 и тем самым по всей катодной поверхности. Такое расположение повышает стабильность выключения полупроводникового конструктивного элемента не только в краевой области, но также дополнительно по всей поверхности диода 80.

В показанном на виде сверху полупроводниковом теле 21 отдельные скрытые полупроводниковые зоны 81 представляют в показанном на фиг. 8 примере выполнения концентрические кольца вокруг невидимой на фиг. 7 средней точки полупроводникового тела 21. Для этого отверстия, соответственно прерывания 82, между скрытыми полупроводниковыми зонами 81 выполнены, например, в виде полос с шириной не больше примерно 6 мкм, предпочтительно между примерно 2 мкм и 6 мкм. Последнее отверстие 82 перед самым наружным в краевой области 26 кольцом скрытых полупроводниковых зон 81 может быть меньше остальных отверстий 82. В показанном на фиг. 7 примере выполнения диода 80 ширина отверстия 82 перед самым наружным в краевой области 26 кольцом скрытых полупроводниковых зон 81 составляет примерно 4,5 мкм. Ширина скрытых полупроводниковых зон 81 за исключением самого наружного кольца скрытых полупроводниковых зон 81 составляет в показанном примере выполнения примерно 48 мкм. Предпочтительно, самое наружное кольцо скрытых полупроводниковых зон 81 проходит от края 24 полупроводникового тела 21 в боковом направлении внутрь по меньшей мере до металлопокрытия 35.

Отверстия, соответственно прерывания 82, могут быть также предусмотрены в виде двухмерной дырочной системы в непрерывной скрытой полупроводниковой зоне. В этом случае диаметр этих так называемых дырок может быть больше указанной выше ширины выполненных в виде полос отверстий, соответственно прерываний, предпочтительно до примерно 10 мкм. В частности, диаметр дырок может также изменяться к краю 24 полупроводникового конструктивного элемента 80, например становиться меньше.

Изготовление такой структуры с прерываниями, соответственно отверстиями 82, в скрытой полупроводниковой зоне 81, а также двухмерной дырочной системы возможно, например, с помощью имплантации бора с использованием маски с высокой энергией имплантации и с последующей стадией отжига, опционально, также с последующей стадией диффузии в зависимости от желаемой глубины проникновения скрытого слоя. Вместо бора в качестве акцептора можно применять также галлий или алюминий. Изготовление возможно также с помощью предварительного покрытия посредством диффузии бора с использованием маски и последующей стадии внедрения.

В предпочтительном применении полупроводниковый конструктивный элемент согласно изобретению выполнен в виде быстро переключающего дискового диода с хорошей стойкостью к высокому напряжению и улучшенной стабильностью выключения.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

20 Полупроводниковый конструктивный элемент, диод

21 Полупроводниковое тело

22 Первая сторона

23 Вторая сторона

24 Край

25 Внутренняя область

26 Краевая область

27 Внутренняя зона

28 Первая полупроводниковая зона

29 Вторая полупроводниковая зона

30 Первый угол краевого скоса

31 Глубина проникновения зоны пространственного заряда на стороне катода

32 Глубина проникновения зоны пространственного заряда на стороне анода

33 Характеристика изменения плотности тока

34 Область повышенной плотности тока

35 Металлопокрытие

40 Полупроводниковый конструктивный элемент, диод

41 Скрытая полупроводниковая зона

60 Полупроводниковый конструктивный элемент, диод

61 Первая полупроводниковая зона

62 Зона блокировки поля

70 Полупроводниковый конструктивный элемент, диод

71 Второй угол

80 Полупроводниковый конструктивный элемент, диод

81 Скрытая полупроводниковая зона

82 Прерывания, отверстия

n Легирование первого типа проводимости

p Легирование второго типа проводимости, комплементарного первому типу проводимости

r Радиус

1. Полупроводниковый конструктивный элемент, содержащий
- полупроводниковое тело (21) с первой стороной (22), второй стороной (23) и краем (24),
- внутреннюю зону (27) с фоновым легированием первого типа проводимости,
- первую, расположенную между первой стороной (22) и внутренней зоной (27) полупроводниковую зону (61) первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны (27),
- вторую, расположенную между второй стороной (23) и внутренней зоной (27) полупроводниковую зону (29) второго типа проводимости, комплементарного первому типу проводимости, с концентрацией легирования, которая выше концентрации легирования внутренней зоны (27),
- по меньшей мере один первый краевой скос, который проходит под первым углом (30) к плоскости прохождения перехода от второй полупроводниковой зоны (29) к внутренней зоне (27) по меньшей мере вдоль края (24) второй полупроводниковой зоны (29) и внутренней зоны (27),
при этом по меньшей мере одна скрытая полупроводниковая зона (41) второго типа проводимости с концентрацией легирования, которая выше, чем во внутренней зоне (27), предусмотрена между первой полупроводниковой зоной (61) и внутренней зоной (27) и проходит по существу параллельно первой полупроводниковой зоне (61), отличающийся тем, что предусмотрен второй краевой скос со вторым углом (71) относительно перехода от первой полупроводниковой зоны (61) к внутренней зоне (27), который проходит по меньшей мере вдоль края (24) первой полупроводниковой зоны (61) или скрытой полупроводниковой зоны (41), при этом величина второго угла (71) меньше величины первого угла (30).

2. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что скрытая полупроводниковая зона (41) предусмотрена лишь в краевой области (26) полупроводникового тела (21).

3. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что скрытая полупроводниковая зона (41) расположена на боковом расстоянии от края (24) полупроводникового тела (21), при этом боковое расстояние предпочтительно составляет между примерно 30 мкм и примерно 200 мкм.

4. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что скрытая полупроводниковая зона (41) имеет максимальную концентрацию легирования между примерно 2×1016 см-3 и примерно 5×1017 см-3 и вертикальную глубину предпочтительно между примерно 1,5 мкм и примерно 15 мкм.

5. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что между первой полупроводниковой зоной (61) и внутренней зоной (27) расположена проходящая параллельно первой полупроводниковой зоне (61) зона (62) блокировки поля первого типа проводимости с концентрацией легирования, которая лежит между концентрацией легирования первой полупроводниковой зоны (61) и концентрацией легирования внутренней зоны (27), при этом зона (62) блокировки поля расположена перед скрытой полупроводниковой зоной (41) в направлении внутренней зоны (27).

6. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что предусмотрено несколько скрытых полупроводниковых зон (41), которые расположены в одной плоскости и на расстоянии друг от друга в боковом направлении.

7. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в скрытой полупроводниковой зоне (41) предусмотрены прерывания (82) в виде полос и/или двухмерной дырочной системы.

8. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 6, отличающийся тем, что скрытая полупроводниковая зона (41) проходит по всему диаметру полупроводникового тела (21).

9. Полупроводниковый конструктивный элемент по п. 7, отличающийся тем, что скрытая полупроводниковая зона (41) проходит по всему диаметру полупроводникового тела (21).

10. Полупроводниковый конструктивный элемент по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что полупроводниковый конструктивный элемент выполнен в виде дискового диода (70, 80).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым электронным приборам. В полупроводниковом диоде на полупроводниковой GaAs подложке расположены катодный слой, обедненный слой, барьерный слой, обедненный узкозонный слой, анодный узкозоный слой, анодный слой.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В диоде с отрицательным дифференциальным сопротивлением согласно изобретению объединены два комплементарных полевых транзистора в единую вертикальную структуру с параллельно расположенными каналами, между которыми образуется электрический переход, при этом исток р-канала расположен напротив стока n-канала, а сток р-канала - напротив истока n-канала.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Мультиэпитаксиальная структура кристалла двухинжекционного высоковольтного гипербыстровосстанавливающегося диода на основе соединений галлия и мышьяка содержит высоколегированную монокристаллическую подложку p+-типа проводимости, с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей не менее чем 3·1018 см-3 и толщиной не менее 200 мкм, выполненный на ней эпитаксиальный GaAs слой p-типа проводимости толщиной не менее 5,0 мкм и изменяющейся разностной концентрацией донорной и акцепторной легирующих примесей от концентрации в подложке до значений не более чем , p-n-переходный по типу проводимости эпитаксиальный GaAs i-слой толщиной 5÷100 мкм, содержащий область пространственного заряда и внутрирасположенную мультиэпитаксиальную металлургическую переходную зону, и эпитаксиальный GaAs слой на p-n переходном эпитаксиальном i-слое, выполненный n+-типа проводимости с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей в приповерхностном слое не менее чем 1·1017 см-3 и толщиной не менее 0,1 мкм.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности, к формированию самосовмещенных высоковольтных диодов. .

Изобретение относится к области дискретных полупроводниковых приборов, в частности к блокирующим диодам для солнечных батарей космических аппаратов. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в источниках питания полупроводниковых лазеров, мощных полупроводниковых светодиодов, диодов Ганна, системах сверхширокополосной локации.

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока в радиоаппаратуре, радиоизмерительных приборах и системах.

Изобретение относится к технологическим процессам производства компонентов микроэлектроники и вычислительных схем. .

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока и преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение в источниках питания радиоаппаратуры, радиоизмерительных приборах и системах.

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока и преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение в источниках питания радиоаппаратуры, радиоизмерительных приборах и системах.
Наверх