close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12019

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 21/02
H 01L 29/66
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
(21) Номер заявки: a 20080116
(22) 2008.02.01
(43) 2008.10.30
(71) Заявитель: Производственное республиканское унитарное предприятие
"Завод Транзистор" (BY)
(72) Авторы: Турцевич Аркадий Степанович; Глухманчук Владимир
Владимирович; Соловьев Ярослав
Александрович; Голубев Николай
Федорович; Матюшевский Анатолий Петрович (BY)
BY 12019 C1 2009.06.30
BY (11) 12019
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Производственное
республиканское унитарное предприятие "Завод Транзистор" (BY)
(56) US 6660570 B2, 2003.
BY 4014 C1, 2001.
SU 1039413 A1, 1990.
SU 1010994 A1, 1993.
US 6069388 A, 2000.
EP 171186 A1, 1986.
(57)
1. Высоковольтный биполярный транзистор, содержащий кремниевую подложку nтипа проводимости со сформированной в ней активной областью и полевой областью с
эквипотенциальным кольцом n-типа проводимости, многослойное пассивирующее покрытие на поверхности полевой области из слоя оксида кремния, слоя полуизолирующего поликристаллического кремния и защитного слоя, диэлектрический слой на поверхности
активной области со вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера, базы, эквипотенциального кольца и коллектора, отличающийся тем, что слой оксида кремния выполнен толщиной от 0,5 до 2,5 нм, защитный слой выполнен последовательным нанесением
слоя нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм, первого и второго слоев легкоплавкого стекла с содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм, а диэлектрический слой активной области выполнен из легкоплавкого стекла с содержанием
фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм.
2. Транзистор по п. 1, отличающийся тем, что второй слой легкоплавкого стекла и
диэлектрический слой активной области выполнены из борофосфоросиликатного стекла с
суммарным содержанием бора и фосфора от 8,0 до 10,0 мас. % при содержании фосфора
от 3,0 до 5,0 мас. %.
Фиг. 1
BY 12019 C1 2009.06.30
3. Транзистор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области сформирован слой нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм.
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к конструкции кристалла высоковольтного биполярного транзистора (ВБТ), и может быть использовано в
изделиях силовой электроники.
Известен высоковольтный биполярный транзистор [1], содержащий кремниевую подложку со сформированной в ней активной областью и полевой областью, многослойное
пассивирующее покрытие на поверхности полевой и активной областей из слоя полуизолирующего поликристаллического кремния (ППК), слоя оксида кремния, слоя стекла фритты, дополнительного слоя оксида кремния со вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера, базы и коллектора.
Однако данная конструкция ВБТ характеризуется рядом недостатков. Во-первых, наличие на границе раздела кремний-ППК адсорбированных газов, химических соединений,
органических загрязнений, а также тонкого слоя естественного оксида кремния с невоспроизводимыми свойствами обусловливает ухудшение стабильности обратного напряжения
перехода база - коллектор, особенно при увеличении температуры, увеличение обратного
тока и низкий выход годных ВБТ. Во-вторых, слои оксида кремния и стекла - фритты не
являются эффективной защитой ППК против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул
кислорода, азота, водорода, что также приводит к уменьшению обратного напряжения,
росту обратного тока и снижению выхода годных ВБТ. В-третьих, наличие на поверхности
активной области проводящего слоя ППК шунтирует переход эмиттер-база, что приводит
к снижению коэффициента усиления по постоянному току и уменьшает выход годных ВБТ.
Известен высоковольтный биполярный транзистор [2], содержащий кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированной в ней активной областью и полевой областью с охранным кольцом, многослойное пассивирующее покрытие на поверхности полевой
области из слоя полуизолирующего поликристаллического кремния и слоя оксида кремния, слоя оксида кремния на поверхности активной области со вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера, базы и коллектора.
В данной конструкции ВБТ наличие охранного кольца повышает стабильность обратного напряжения, а исключение контакта ППК с кремнием в активной области исключает
уменьшение коэффициента усиления по постоянному току и, значит, обусловленное им
снижение выхода годных ВБТ. Однако и данный ВБТ характеризуется наличием на границе раздела кремний-ППК адсорбированных газов, химических соединений, органических загрязнений и тонкого слоя естественного оксида кремния с невоспроизводимыми
свойствами, обусловливающими ухудшение стабильности обратного напряжения перехода база-коллектор, особенно при увеличении температуры, увеличение обратного тока и
низкий выход годных ВБТ. Кроме того, в данном устройстве слой оксида кремния также
не обеспечивает надежную защиту ППК против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, что тоже приводит к уменьшению обратного напряжения, росту обратного тока и снижению выхода годных ВБТ.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является высоковольтный
биполярный транзистор [3], содержащий кремниевую подложку n-типа проводимости со
сформированной в ней активной областью и полевой областью с эквипотенциальным
кольцом n-типа проводимости, многослойное пассивирующее покрытие на поверхности
полевой области из слоя оксида кремния, слоя полуизолирующего поликристаллического
кремния и защитного слоя, диэлектрический слой на поверхности активной области со
вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера, базы, эквипотенциального кольца и
коллектора.
2
BY 12019 C1 2009.06.30
В данной конструкции ВБТ отсутствие слоя ППК в активной области также исключает
уменьшение коэффициента усиления по постоянному току, приводящее к снижению выхода годных ВБТ. Наличие эквипотенциального кольца n-типа проводимости способствует
повышению стабильности обратного напряжения, а сформированная между кремниевой
поверхностью и слоем ППК прослойка оксида кремния исключает наличие на границе
раздела кремний-ППК адсорбированных газов, химических соединений и органических
загрязнений. Однако в данном ВБТ сравнительно большая толщина слоя оксида кремния
между ППК и поверхностью кремния не может обеспечить электрический контакт слоя
ППК с кремнием. Это означает, что на границе раздела оксид кремния-кремний будет накапливаться положительный заряд, что приводит к ухудшению стабильности обратного
напряжения, росту обратных токов и снижению выхода годных ВБТ. Кроме того, и в данном
устройстве слой оксида кремния не обеспечивает надежную защиту ППК против диффузии
влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, что приводит к уменьшению обратного напряжения, росту обратного тока и снижению выхода годных ВБТ.
Заявляемое изобретение решает задачу увеличения стабильности обратного напряжения, уменьшения обратных токов и повышения выхода годных высоковольтных биполярных транзисторов.
Сущность изобретения заключается в том, что в высоковольтном биполярном транзисторе, содержащем кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированной в ней
активной областью и полевой областью с эквипотенциальным кольцом n-типа проводимости, многослойное пассивирующее покрытие на поверхности полевой области из слоя оксида кремния, слоя полуизолирующего поликристаллического кремния и защитного слоя,
диэлектрический слой на поверхности активной области со вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера, базы, эквипотенциального кольца и коллектора, слой оксида
кремния выполнен толщиной от 0,5 до 2,5 нм, защитный слой выполнен последовательным нанесением слоя нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм, первого и второго
слоев легкоплавкого стекла с содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6
до 1,2 мкм, а диэлектрический слой активной области выполнен из легкоплавкого стекла с
содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм, второй слой легкоплавкого стекла и диэлектрический слой активной области выполнены из борофосфоросиликатного стекла с суммарным содержанием бора и фосфора от 8,0 до 10,0 мас. % при
содержании фосфора от 3,0 до 5,0 мас. %, поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области сформирован слой нитрида кремния толщиной от
0,05 до 0,2 мкм.
Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показал, что
заявляемое устройство отличается от известного тем, что слой оксида кремния выполнен
толщиной от 0,5 до 2,5 нм, защитный слой выполнен последовательным нанесением слоя
нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм, первого и второго слоев легкоплавкого
стекла с содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм, а диэлектрический слой активной области выполнен из легкоплавкого стекла с содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм, второй слой легкоплавкого стекла и
диэлектрический слой активной области выполнены из борофосфоросиликатного стекла с
суммарным содержанием бора и фосфора от 8,0 до 10,0 мас. % при содержании фосфора
от 3,0 до 5,0 мас. %, поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя
активной области сформирован слой нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Слой ППК выполняет функцию резистивной полевой обкладки, обеспечивающей равномерное распределение
напряжения обратного смещения в полевой области между базой и эквипотенциальным
кольцом, и не позволяющей зарядовым состояниям накапливаться на границе с кремнием.
Однако если слой ППК сформирован непосредственно на поверхности кремния, то наблюдается рост обратного тока и снижение обратного напряжения ВБТ, особенно при высокой
3
BY 12019 C1 2009.06.30
температуре. Это объясняется наличием на границе кремний-ППК адсорбированных газов,
химических соединений и органических загрязнений, а также тонкого слоя загрязненного
естественного оксида кремния. Данные загрязнения формируются при межоперационном
хранении кремниевых пластин с кристаллами ВБТ (от очистки поверхности кремния до
начала осаждения слоя ППК) и обусловливают катастрофическое увеличение поверхностной проводимости кремния. Формирование относительно тонкого слоя оксида кремния
толщиной от 0,5 до 2,5 нм позволяет защитить поверхность кремния от указанных загрязнений. При этом сохраняется электрический контакт слоя ППК к кремнию за счет туннельного эффекта и обеспечивается эффективная работа слоя ППК с точки зрения стока
зарядовых состояний. При толщине слоя оксида кремния менее 0,5 нм не происходит достаточно эффективной защиты границы кремний-ППК от адсорбированных газов, химических соединений и органических загрязнений и все еще наблюдается нестабильность
характеристик ВБТ при обратном смещении, особенно при высокой температуре. При
толщине слоя оксида кремния более 2,5 нм ухудшается электрический контакт между поверхностью кремния и слоем ППК, который утрачивает свою эффективность. Это приводит к увеличению обратного тока, уменьшению напряжения пробоя и снижению выхода
годных ВБТ.
Слой нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм обеспечивает эффективную защиту
слоя ППК против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, которые могут существенно изменять его электрофизические свойства. При толщине
слоя нитрида кремния менее 0,05 мкм не обеспечивается эффективная защита слоя ППК
против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода, что
приводит к снижению напряжения пробоя и увеличению токов утечки и обусловливает
низкий выход годных ВБТ. При толщине слоя нитрида кремния более 0,2 мкм, в структуре будут наблюдаться значительные внутренние механические напряжения, приводящие к
нарушению сплошности пассивирующих слоев вследствие их растрескивания, что обусловливает снижение выхода годных.
Формирование поверх слоя нитрида кремния первого слоя легкоплавкого стекла из
фосфоросиликатного стекла (ФСС) с содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной
от 0,6 до 1,2 мкм позволяет сформировать дополнительную защиту против диффузии влаги
к нижележащим слоям, а также исключить попадание загрязнений на поверхность нитрида кремния. Это также обеспечивает дополнительную стабильность обратных характеристик ВБТ и повышение выхода годных. При содержании фосфора в первом слое ФСС
менее 2,0 мас. % данный слой будет характеризоваться механической напряженностью и
склонностью к растрескиванию, что ухудшает качество защиты и снижает выход годных
ВБТ. При содержании фосфора в первом слое ФСС более 7,0 мас. % при взаимодействии с
атмосферной влагой будет образовываться ортофосфорная кислота, приводящая к коррозии и
отказам металлизации, снижению выхода годных ВБТ. При толщине первого слоя ФСС
менее 0,6 мкм не будет обеспечиваться защита нижележащих слоев от диффузии влаги.
Нанесение первого слоя ФСС толщиной более 1,2 мкм нецелесообразно экономически.
Формирование второго слоя легкоплавкого стекла из фосфоросиликатного стекла с
содержанием фосфора от 2,0 до 7,0 мас. % толщиной от 0,6 до 1,2 мкм позволяет одновременно решить две задачи. Во-первых, обеспечить дополнительную защиту против
диффузии влаги к нижележащим слоям. Во-вторых, одновременно в одном конструктивном слое сформировать диэлектрический слой в активной области ВБТ. При содержании
фосфора во втором слое ФСС менее 2,0 мас. % данный слой будет также характеризоваться механической напряженностью и склонностью к растрескиванию, что ухудшает качество защиты и диэлектрического слоя активной области и снижает выход годных ВБТ.
При содержании фосфора во втором слое ФСС более 7,0 мас. % при взаимодействии с атмосферной влагой будет образовываться ортофосфорная кислота, что приведет к коррозии
и отказам металлизации, снижению выхода годных ВБТ.
4
BY 12019 C1 2009.06.30
Формирование второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной
области из борофосфоросиликатного стекла с суммарным содержанием бора и фосфора от
8,0 до 10,0 мас. % при содержании фосфора от 3,0 до 5,0 мас. % позволят получить дополнительное преимущество - планаризацию топологического рельефа ВБТ. Это облегчает
проведение фотолитографии и дает возможность более конформного нанесения металлизации, что в конечном итоге позволяет повысить выход годных ВБТ.
Формирование поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области слоя нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм позволяет улучшить
защитные свойства пассивирующего покрытия и компенсировать механические напряжения, возникающие на границе нитрид кремния - слой легкоплавкого стекла из-за разности
их термических коэффициентов линейного расширения. В совокупности это обеспечивает
дополнительное повышение выхода годных ВБТ. При толщине слоя нитрида кремния менее 0,05 мкм улучшение защитных свойств не достигается и компенсации механических
напряжений не происходит, а, значит, роста выхода годных не наблюдается. При толщине
слоя нитрида кремния более 0,2 мкм наблюдается значительный рост механических напряжений, обусловливающий ухудшение защитных свойств пассивирующего покрытия,
ухудшение стабильности обратного напряжения, увеличение обратных токов, что, как
следствие, приводит к снижению выхода годных ВБТ.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображен поперечный
разрез структуры высоковольтного биполярного транзистора - прототипа, содержащего
кремниевую подложку n-типа проводимости (1) со сформированной в ней активной областью (2) и полевой областью (3) с эквипотенциальным кольцом n-типа проводимости (4),
многослойное пассивирующее покрытие на поверхности полевой области (3) из слоя оксида
кремния (5), слоя полуизолирующего поликристаллического кремния (6) и защитного слоя из
оксида кремния (7), диэлектрический слой (8) на поверхности активной области (2) со
вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера (9), базы (10), эквипотенциального
кольца (11) и коллектора (12). На фиг. 2 изображена структура высоковольтного биполярного
транзистора согласно пп. 1, 2 формулы заявляемого устройства, содержащего кремниевую
подложку n-типа проводимости (1) со сформированной в ней активной областью (2) и полевой областью (3) с эквипотенциальным кольцом n-типа проводимости (4), многослойное
пассивирующее покрытие на поверхности полевой области из слоя оксида кремния (5),
слоя полуизолирующего поликристаллического кремния (6) и защитного слоя, выполненного последовательным нанесением слоя нитрида кремния (13), первого (14) и второго (15)
слоев легкоплавкого стекла, диэлектрический слой (8) на поверхности активной области
(2) со вскрытыми окнами к кремнию, электроды эмиттера (9), базы (10), эквипотенциального кольца (11) и коллектора (12). На фиг. 3 изображена структура высоковольтного биполярного транзистора согласно п. 3 формулы заявляемого устройства, содержащего
кремниевую подложку n-типа проводимости (1) со сформированной в ней активной областью (2) и полевой областью (3) с эквипотенциальным кольцом n-типа проводимости (4),
многослойное пассивирующее покрытие на поверхности полевой области из слоя оксида
кремния (5), слоя полуизолирующего поликристаллического кремния (6) и защитного
слоя, выполненного последовательным нанесением слоя нитрида кремния (13), первого
(14), второго (15) слоев легкоплавкого стекла и слоя нитрида кремния (16), диэлектрический слой (8) на поверхности активной области (2) со вскрытыми окнами к кремнию,
электроды эмиттера (9), базы (10), эквипотенциального кольца (11) и коллектора (12).
Изображенная на фиг. 3 структура может быть изготовлена следующим образом. В
исходной подложке n-типа проводимости (1) стандартными методами термического окисления, фотолитографии и термодиффузии формируют области p и n - типов проводимости
активной (2) и полевой области (3) с эквипотенциальным кольцом (4). Затем химическим
окислением кремния последовательной обработкой подложек в травителе КАРО (раствор
серной кислоты и перекиси водорода) при температуре (100-110) °С, в перекисно5
BY 12019 C1 2009.06.30
аммиачном растворе и снова в травителе КАРО формируют слой химического оксида
кремния (5). Слой ППК (6) наносят химическим осаждением из газовой фазы на установке
"Изотрон 4-150" окислением моносилана закисью азота. Слой нитрида кремния (13) также
наносят химическим осаждением из газовой фазы на установке "Изотрон 4-150" аммонолизом дихлорсилана. Фосфоросиликатное стекло (ФСС) в качестве первого слоя легкоплавкого стекла (14) наносят пиролизом парогазовой смеси тетраэтоксисилана и диметилфосфита также на установке "Изотрон 4-150". После этого при помощи фотолитографии с последующим травлением локально удаляют многослойную структуру оксид кремния /ППК/ ФСС с поверхности активной области (2) и эквипотенциального кольца (4) и на
установке "Изотрон 4-150" химическим осаждением из газовой фазы наносят слои второго
слоя легкоплавкого стекла (15) и нитрида кремния (16). При использовании в качестве
второго слоя легкоплавкого стекла (15) борофосфоросиликатного стекла (БСС) используют парогазовую смесь тетраэтоксисилана, диметилфосфита и триметилбората. Далее с
помощью фотолитографии с последующим травлением вскрывают окна к кремнию, при
этом производится формирование диэлектрических областей (8) на поверхности активной
области (2), покрытых слоем нитрида кремния (16). И, наконец, посредством вакуумного
напыления пленки алюминия и последующей фотолитографии формируют электроды
эмиттера (9), базы (10) и эквипотенциального кольца (11) на планарной стороне подложки, а последовательным нанесением слоев титана, сплава никель-ванадий и серебра формируют электрод коллектора (12) на обратной стороне подложки.
Работает предлагаемый высоковольтный биполярный транзистор следующим образом.
Сформированные в подложке (1) p-n-переходы базы и эмиттера, образующие активную
область (2), определяют основные электрические параметры ВБТ, такие как: коэффициент
усиления на постоянном токе, обратное напряжение и обратный ток эмиттер-база, эмиттер-коллектор и коллектор-база, прямое напряжение эмиттер-база, напряжение коллекторэмиттер в режиме насыщения. В то же время расстояние между внешней границей базы и
эквипотенциальным кольцом (4), где обедненный слой перехода база-коллектор выходит
на поверхность, так называемая полевая область (3), определяет максимальное обратное
напряжение коллектор-эмиттер и коллектор-база. Слой оксида кремния (5) защищает поверхность кремния от адсорбированных газов, химических соединений и органических загрязнений. Слой полуизолирующего поликристаллического кремния (6) с удельным сопротивлением от 5×106 до 5×108 Ом×см, нанесенный поверх слоя оксида кремния (5) находится в
электрическом контакте с поверхностью кремния благодаря туннельной проводимости, что
обусловлено относительно малой толщиной оксида кремния (5). Слой ППК выполняет
функцию резистивной полевой обкладки, обеспечивающей равномерное распределение
потенциала обратного смещения в полевой области (3). Слой ППК (6) не имеет встроенных
зарядовых состояний и обеспечивает эффективное рассасывание зарядов, инжектируемых
при обратном смещении p-n-перехода база-коллектор ВБТ при обратном смещении. Поэтому в данном случае вольтамперные характеристики (ВАХ) ВБТ будут определяться в
основном параметрами p-n-переходов, а не процессами переноса зарядов на поверхности
ВБТ. Слой нитрида кремния (13), нанесенный поверх слоя ППК обеспечивает его эффективную защиту против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота,
водорода. Слой фосфоросиликатного стекла (14) обеспечивает дополнительную защиту
против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода к нижележащим слоям многослойного пассивирующего покрытия ВБТ. Второй слой из ФСС или
БФСС (15) также обеспечивает дополнительную защиту против диффузии влаги, подвижных ионов и молекул кислорода, азота, водорода к нижележащим слоям многослойного
пассивирующего покрытия ВБТ. Наличие фосфора в легкоплавком стекле создает ловушки
для ионов щелочных металлов, а также частично компенсирует остаточные механические
напряжения, вносимые слоем нитрида кремния. Введение бора в состав фосфорсодержащего легкоплавкого стекла позволяет получать слои БФСС, которые после оплавления
6
BY 12019 C1 2009.06.30
планаризуют топологический рельеф. Диэлектрический слой (8) на поверхности активной
области (2), сформированный из ФСС или БФСС в том же технологическом слое, что и
второй слой легкоплавкого стекла, обеспечивает защиту от внешней среды p-n-перехода
эмиттер-база и диэлектрическую изоляцию данных областей. Слой нитрида кремния (16)
обеспечивает дополнительную защиту нижележащих слоев многослойного пассивирующего покрытия от внешней среды и компенсацию механических напряжений, вносимых
слоем нитрида кремния (13). Электроды эмиттера (9), базы (10) и коллектора (12) обеспечивают омический контакт к соответствующим областям ВБТ и возможность монтажа
кристалла в корпус. Электрод эквипотенциального кольца (11) обеспечивает эффективную работу резистивной полевой обкладки, обеспечивая выравнивание по площади его
потенциала.
В табл. 1 представлены сравнительные характеристики ВБТ в зависимости от структуры многослойного пассивирующего покрытия.
Таблица 1
Оксида кремния, мм
Нитрида кремния, мкм
Первого слоя легкоплавкого стекла, мкм
Второго слоя легкоплавкого стекла, мкм
Диэлектрического слоя
активной области, мкм
Обратный ток (1530 В,
25 °С), мкА1)
Обратный ток 1530 В,
125 °С) мА2)
Стабильность обратного напряжения3)
Толщина слоев
1
0,3
0,03
0,4
0,4
0,4
116
4,5
нет
2
0,5
0,05
0,6
0,6
0,6
41
0,7
есть
3
1,5
0,15
0,9
0,9
0,9
14
0,4
есть
4
2,5
0,25
1,2
1,2
1,2
34
0,6
есть
5
5,0
0,5
1,8
1,8
1,8
87
2,5
нет
6
800
нет
0,8
182
19
нет
№
п/п
SiO2 0,2 мкм
1)
ВГ/ВГП4), отн. ед.
Характеристики ВБТ с различной толщиной слоев оксида кремния,
нитрида кремния, первого и второго слоев легкоплавкого стекла
и диэлектрического слоя активной области
Примечание
1,08 Материал первого,
3,3 второго слоев легкоплавкого стекла и
4,7 диэлектрического
3,6 слоя активной области ФСС с содержани1,5 ем фосфора 5 мас. %
1,0
Прототип
- обратный ток при температуре 25 °С измеряли по всем кристаллам на пластине при
помощи измерителя ГАММА-161 на установке зондового контроля ЭМ 610 с фиксацией
результатов в ПЭВМ и последующей обработкой статистической информации;
2)
- обратный ток при температуре 125 °С измеряли в импульсном режиме на установке зондового контроля с подогревом рабочего столика выборочно в 10 точках по пластине
с последующим усреднением;
3)
- стабильность обратного напряжения оценивали на установке Л 2-56 с помощью
многозондового манипулятора с подогревом рабочего столика до температуры + 125 °С,
критерием годности служило отсутствие дрейфа напряжения пробоя при увеличении обратного тока.
4)
- ВГ/ВГп - определяли как отношение выхода годных ВБТ к выходу годных ВБТ согласно устройству - прототипу по результатам функционального контроля.
7
BY 12019 C1 2009.06.30
Как видно из табл. 1, оптимальными являются диапазоны толщины оксида кремния от
0,5 до 2,5 нм, нитрида кремния от 0,05 до 0,20 мкм, первого и второго слоев легкоплавкого
стекла от 0,6 до 1,2 мкм. При выходе за пределы указанных диапазонов наблюдается
ухудшение стабильности обратного напряжения, увеличение обратных токов и снижение
выхода годных ВБТ.
В табл. 2 представлены сравнительные характеристики ВБТ в зависимости от содержания фосфора в первом втором слоях легкоплавкого стекла, диэлектрическом слое активной области.
Таблица 2
Содержание фосфора во
втором слое лекгоплавкого стекла и диэлектрическом слое активной
области, мас.%
Обратный ток
(1530 В, 25 °С), мкА
Обратный ток
(1530 В, 125 °С), мА
Стабильность обратного
напряжения
1
1,7
1,7
95
3,8
есть
2
2,0
2,0
37
2,4
есть
3
5,0
5,0
14
0,4
есть
4
7,0
7,0
58
3,2
есть
5
7,5
7,5
242
55
есть
ВГ/ВГП, отн. ед.
№
п/п
Содержание фосфора в
первом слое легкоплавкого стекла, мас.%
Сравнительные характеристики ВБТ в зависимости от содержания фосфора в первом
и втором слоях легкоплавкого стекла, диэлектрическом слое активной области
Примечание
1,03 Толщина слоя оксида
кремния 1,5 нм, толщина
3,11 слоя нитрида кремния
0,15 мкм, толщина перво4,7
го, второго слоев легко2,96 плавкого стекла и
диэлектрического слоя
0,87 активной области 0,9 мкм
Как видно из табл. 2, оптимальным является диапазон содержания фосфора в первом и
втором слое легкоплавкого стекла от 2,0 до 7,0 мас. %. При выходе за пределы указанного
диапазона наблюдается увеличение обратного тока и снижение выхода годных ВБТ.
В табл. 3 представлены сравнительные характеристики ВБТ в зависимости от содержания бора и фосфора во втором слое легкоплавкого стекла и диэлектрическом слое активной области.
Как видно из табл. 3, в случае использования в качестве второго слоя легкоплавкого
стекла БФСС - оптимальным является диапазон содержания фосфора от 3,0 до 5,0 мас. %
и суммарного содержания бора и фосфора от 8,0 до 10,0 мас. %. При выходе за нижнюю
границу указанных диапазонов не наблюдается заметных улучшений. В случае превышения верхней границы - наблюдается снижение выхода годных ВБТ.
В табл. 4 представлены сравнительные характеристики ВБТ в зависимости от толщины слоя нитрида кремния, нанесенного поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области.
Как видно из табл. 4, оптимальный диапазон толщины слоя нитрида кремния, нанесенного поверх второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области, составляет от 0,05 до 0,2 мкм. При выходе за нижнюю границу указанного
диапазона существенных улучшений не наблюдается, а при выходе за верхнюю границу наблюдается снижение выхода годных ВБТ.
8
BY 12019 C1 2009.06.30
Таблица 3
Содержание
фосфора,
мас.%
Суммарное
содержание
бора и фосфора, мас. %
Обратный ток 11530
В, 25 °С), мА
Обратный ток (1530
В, 125 °С), мкА
Стабильность обратного напряжения
Содержание бора и
фосфора во втором
слое легкоплавкого
стекла
1
2,7
7Д
12
0,5
есть
2
3,0
8,0
12
0,4
есть
3
4,0
8,5
11
0,4
есть
4
5,0
10,0
19
1,2
есть
5
5,5
11,0
42
4,6
есть
№
п/п
ВГ/ВГП, отн. ед.
Сравнительные характеристики ВБТ в зависимости
от содержания бора и фосфора во втором слое легкоплавкого стекла
и диэлектрическом слое активной области
Примечание
4,7 Толщина слоя оксида кремния
1,5 нм, толщина слоя нитрида
4,8 кремния 0,15 мкм, толщина
первого, второго слоев легко4,8 плавкого стекла и диэлектрического слоя активной области
3,1 0,9 мкм, содержание фосфора
в первом слое легкоплавкого
0,93 стекла 5,0 мас. %
Таблица 4
ФСС
0,03
14
0,4
2
ФСС
0,05
10
0,3
3
ФСС
0,15
9
0,3
4
ФСС
0,2
11
0,4
5
ФСС
0,27
18
0,7
6
БФСС
0,15
8
0,3
ВГ/ВГП, отн. ед.
Толщина слоя нитрида кремния,
нанесенного поверх второго слоя
легкоплавкого стекла, мкм
1
Обратный ток (1530 В, 25 °С),
мкА
Обратный ток (1530 В, 125 °С),
мкА
Стабильность обратного напряжения
№
п/п
Материал второго слоя легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области
Сравнительные характеристики ВБТ в зависимости
от толщины слоя нитрида кремния, нанесенного поверх второго слоя
легкоплавкого стекла и диэлектрического слоя активной области
Примечание
есть 4,8 Толщина слоя оксида кремния - 1,5 нм,
толщина слоя нитрида кремния - 0,15 мкм,
есть 5,0 толщина первого слоя легкоплавкого
стекла - 0,9 мкм содержание фосфора в
есть 5,1 первом слое легкоплавкого стекла 5,0 мас. %, второго слоя легкоплавкого
есть 3,9 стекла и диэлектрический слой активной
области: ФСС - содержание фосфора
есть 2,5 5,0 мас. %, толщина 0,9 мкм; БФСС - содержание фосфора - 4,0 мас. %, суммарное
есть 5,2 содержание бора и фосфора - 8,5 мас. %
9
BY 12019 C1 2009.06.30
Анализ табл. 1-4 показывает, что заявляемое изобретение позволяет улучшить стабильность обратного напряжения ВБТ, уменьшить величину обратных токов в 3,1-63,3 раза,
увеличить выход годных в 2,96-5,2 раза.
Таким образом, предлагаемая конструкция высоковольтного биполярного транзистора
позволяет решить задачу увеличения стабильности обратного напряжения, уменьшения
обратных токов и повышения выхода годных высоковольтных биполярных транзисторов.
Источники информации:
1. Патент US 4344985, МПК Н 01L 21/316, 1982.
2. Патент US 4014037, МПК Н 01L 29/34, 1977.
3. Патент US 6660570, МПК Н 01L 21/332, 2003.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
652 Кб
Теги
by12019, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа