Полезная модель рф 140005


H01L29 - Полупроводниковые приборы для выпрямления, усиления, генерирования или переключения, а также конденсаторы или резисторы, содержащие по меньшей мере один потенциальный барьер, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, или поверхностный барьер, например имеющие обедненный слой с электронно-дырочным переходом или слой с повышенной концентрацией носителей; конструктивные элементы полупроводниковых подложек или электродов для них (H01L 31/00-H01L 47/00,H01L 51/00 имеют преимущество; способы и устройства для изготовления или обработки приборов или их частей H01L 21/00; конструктивные элементы иные чем полупроводниковые приборы или электроды для них H01L 23/00; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированные на одной общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; резисторы

 

Полезная модель относится к области электронной техники, в частности, к конструкции чипов высоковольтных диодов Шоттки на основе карбида кремния, и может использоваться в импульсных преобразователях электроэнергии в составе силовых высоковольтных диодно-транзисторных модулей. Сущность полезной модели заключается в том, что в высоковольтном полупроводниковом диоде с контактом Шоттки на основе карбида кремния, включающем сильнолегированную подложку n-типа проводимости, слаболегированный эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа с концентрацией примеси (1-10)*10 15 см-3, толщиной (5-20) мкм, расположенный на ее верхней стороне, выполненные в эпитаксиальном слое борные pn-переходы, часть которых расположена под Шоттки-контактом, а часть под слоем оксида кремния, на слое оксида кремния располагается слой оксида алюминия со встроенным отрицательным зарядом, причем плотность заряда в слое оксида алюминия выбирается в зависимости от заданной величины блокируемого напряжения, исходя из уровня легирования и толщины эпитаксиального n-слоя, в диапазоне (5-20)*10 11 см-2. Техническим результатом является увеличение максимального обратного напряжения диода.

Полезная модель относится к силовой полупроводниковой электронике, в частности, к конструкции чипов высоковольтных диодов Шоттки на основе карбида кремния, и может использоваться в импульсных преобразователях электроэнергии в составе силовых высоковольтных диодно-транзисторных модулей.

В простейшем конструктивном исполнении диод Шоттки (рис. 1a) представляет собой полупроводниковый кристалл (как правило, n-типа проводимости) (1) со слаболегированным эпитаксиальным слоем (2), снабженный двумя металлическими контактами - барьерным (последний называют Шоттки-контактом (3)) и омическим (4). Проблемой в таких диодах является низкое, по сравнению с плоскостными диодами, максимальное обратное напряжение. Преждевременный пробой обычно возникает на крае металлического Шоттки-контакта, где эквипотенциальные линии электрического поля имеют сильную кривизну. Для того чтобы максимально приблизить напряжение пробоя диода Шоттки к напряжению пробоя плоскостного диода, используют различные конструктивно-технологические решения.

Известна конструкция высоковольтного диода Шоттки на основе 4H-SiC, в которой для снижения концентрации силовых линий электрического поля на поверхности эпитаксиального n-слоя вблизи края металлического Шоттки-контакта используется так называемая полевая обкладка (рис. 1b) [1]. Данная конструкция предусматривает формирование расширенного металлического Шоттки-контакта (3), выходящего на поверхность диэлектрического покрытия (5) (его называют полевым оксидом). Полевая обкладка, находящаяся под одним и тем же отрицательным потенциалом, что и Шоттки-контакт, снижает кривизну эквипотенциальных линий поля вблизи края Шоттки-контакта, повышая тем самым максимальное обратное напряжение. Принципиальным недостатком такой конструкции является то, что преждевременный пробой все же может происходить, но уже не на крае Шоттки-контакта, а на крае металлической полевой обкладки. В частности, максимальное обратное напряжение диода, описанного в работе [1], составляет 47% от теоретически достижимого.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является конструкция высоковольтного интегрированного Шоттки-pn диода на основе 4H-SiC в которой для снижения концентрации силовых линий электрического поля на поверхности эпитаксиального n-слоя вблизи края металлического Шоттки-контакта используются планарные охранные pn-переходы (рис.1c) (принято за прототип). Охранные переходы формируют с помощью локальной ионной имплантацией акцепторов с последующим высокотемпературным термическим отжигом для восстановления кристаллической решетки и электрической активации введенной акцепторной примеси. Система "плавающих" охранных p-колец уменьшает кривизну эквипотенциальных линий поля вблизи края Шоттки-контакта и повышает тем самым напряжение пробоя. Диод, описанный в [2], содержит сильнолегированную подложку карбида кремния n-типа (1), выращенный на ней эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа толщиной 12 мкм с концентрацией примеси 2*10 15 см-3 (2), слой SiO2 (5), основной охранный борный p-n переход шириной 50 мкм, глубиной 2 мкм (имплантированная доза 9*1013 см-2), четыре плавающих охранных борных кольца шириной 10 мкм каждое, с интервалом 5 мкм, глубиной 2 мкм (имплантированная доза 9*1013 см-2 ), борную подконтактную структуру с pn-переходами шириной по 8 мкм каждый, с интервалом 10 мкм, глубиной 2 мкм (имплантированная доза 9*1013 см-2) (6). На обратной стороне подложки сформирован омический контакт (4). Максимальное обратное напряжение прибора составило 1800 В (72% от теоретически предельного значения для n-слоя толщиной 12 мкм, с концентрацией доноров 2*1015 см-3). Недостатком прототипа является почти на 30% меньшее значение максимального обратного напряжения по сравнению с теоретически возможным.

Сущность заявляемого технического решения и его отличие от прототипа

Целью предлагаемой полезной модели является повышение максимального обратного напряжения по сравнению с прототипом. Предлагаемая полезная модель решает задачу увеличения максимального обратного напряжения диода Шоттки простым способом - добавлением поверх слоя SiO2 дополнительного слоя оксида алюминия со встроенным отрицательным электрическим зарядом.

Поставленная цель достигается в конструкции диода Шоттки, показанной на рис.2. Структура диода содержит подложку n-типа проводимости (1) с выращенным на ней эпитаксиальным n-слоем (2). На поверхности n-слоя сформирован Шоттки-контакт (3), а на тыльной стороне пластины - омический (4). Поверхность эпитаксиального слоя за пределами Шоттки-контакта пассивирована слоем термического окисла SiO 2 (5), на который нанесен слой Al2O3 (7) со встроенным отрицательным (по знаку) электрическим зарядом (7a). В эпитаксиальном n-слое ионной имплантацией создается основной охранный переход и плавающие охранные кольца, а под контактом Шоттки - структура pn-переходов (6).

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемую конструкцию диода добавлен дополнительный слой Al2O3 со встроенным отрицательным (по знаку) электрическим зарядом, позволяющий получить большее максимальное обратное напряжением по сравнению с прототипом как в абсолютных величинах (2200 В против 1800 В), так и в относительных (88% от теоретического предела против 72%) в связи с уменьшением величины напряженности электрического поля в областях охранных колец при обратном смещении по сравнению с прототипом из-за влияния отрицательного заряда, расположенного в слое Al2O 3.

Авторы экспериментально установили, что при термическом отжиге слоев Al2O3 при температурах 800-900°C, осажденных на поверхность окисленного 4H-SiC электронно-лучевым напылением в вакууме, в диэлектрике возникает встроенный отрицательный заряд, плотность которого составляет 1011-1013 см-2. Необходимая плотность встроенного заряда на единицу площади поверхности рассчитывается в каждом конкретном случае, исходя из уровня легирования и толщины эпитаксиального n-слоя, и может регулироваться как изменением плотности объемного заряда в осажденном слое Al2O 3 за счет изменения условий отжига, так и изменением его толщины.

Конкретный пример выполнения

Согласно формуле изобретения были изготовлены диоды на основе коммерческой 4H-SiC пластины с эпитаксиальной n+(подложка)-n-структурой. Удельное сопротивление n+-подложки составляет ~0.02 Ом см, а ее толщина ~350 мкм. Выращенный с помощью газофазной эпитаксии n-слой имеют толщину 12 мкм и концентрацию доноров 2*1015 см-3. В эпитаксиальном слое созданы основной охранный борный pn-переход шириной 50 мкм, четыре плавающих охранных борных кольца шириной 10 мкм каждое, с интервалом 5 мкм, борная подконтактная структура с pn-переходами шириной по 8 мкм каждый, с интервалом 10 мкм. Глубина всех pn-переходов 2 мкм, имплантированная доза - 9*1013 см-2 . На эпитаксиальном слое сформирован слой термического окисла SiO2 толщиной 70 нм, на котором расположен слой Al 2O3 толщиной 60 нм со встроенным отрицательным зарядом плотностью 9*1011 см-2. Через окна в окислах нанесен Ni контакт Шоттки толщиной 100 нм. На обратной стороне подложки сформирован омический контакт.

По сравнению с прототипом предлагаемый диод показал большее максимальное обратное напряжение: 2200 В против 1800 В (88% от теоретического предела против 72%).

Список литературы

1. V. Saxena, J.N. Su, A.J. Steckl. High-Voltage Ni - and Pt-SiC Schottky Diodes Utilizing Metal Field Plate Termination, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 46, NO. 3, MARCH 1999.

2. Пат. 2390880, Российская Федерация, МПК H01L 29/872. Интегрированный Шоттки-pn диод на основе карбида кремния / Грехов И.В., Иванов П.А., Потапов А.С. и др..; заявитель и патентообладатель ООО «Мегаимпульс». - 2009120423; заявл. 25.05.09; опубл. 27.05.10

Высоковольтный полупроводниковый диод с контактом Шоттки на основе карбида кремния, включающий сильнолегированную подложку n-типа проводимости, слаболегированный эпитаксиальный слой карбида кремния n-типа с концентрацией примеси (1-10)·1015 см-3, толщиной 5-20 мкм, расположенный на ее верхней стороне, выполненные в эпитаксиальном слое борные pn-переходы, часть которых расположена под Шоттки-контактом, а часть под слоем оксида кремния, слой оксида алюминия со встроенным отрицательным зарядом, расположенный на слое оксида кремния, и омический контакт на тыльной стороне подложки, причем плотность заряда в слое оксида алюминия выбирается в зависимости от заданной величины блокируемого напряжения, исходя из уровня легирования и толщины эпитаксиального n-слоя, в диапазоне (5-20)·1011 см-2 .



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для усиления СВЧ-электромагнитных колебаний

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении полевых транзисторов с субмикронным барьером Шоттки на арсениде галлия
Наверх