close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15400

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
H 01L 29/47 (2006.01)
H 01L 29/872 (2006.01)
ДИОД ШОТТКИ
(21) Номер заявки: a 20091703
(22) 2009.12.01
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(72) Авторы: Сарычев Олег Эрнстович;
Глухманчук Владимир Владимирович; Голубев Николай Федорович;
Высоцкий Виктор Борисович; Соловьев Ярослав Александрович (BY)
BY 15400 C1 2012.02.28
BY (11) 15400
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(56) US 4862229 A, 1989.
BY 8380 C1, 2006.
BY 12057 C1, 2009.
GB 1448525 A, 1976.
JP 56148872 A, 1981.
(57)
Диод Шоттки, содержащий сильнолегированную кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа
проводимости, слаболегированные области противоположного типа проводимости, выполненные в виде внутреннего охранного кольца, наружного потенциального кольца и совокупности параллельных полос внутри охранного кольца, защитное диэлектрическое
покрытие, вскрытое в защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода с
барьерным слоем электрода Шоттки, металлизацию катода, отличающийся тем, что в эпитаксиальном слое вокруг потенциального кольца выполнено дополнительное слаболегированное потенциальное кольцо p-типа проводимости, по периметру структуры выполнено
ограничительное кольцо n-типа проводимости, а защитное диэлектрическое покрытие выполнено из последовательно нанесенных слоев полуизолирующего поликристаллического
Фиг. 2
BY 15400 C1 2012.02.28
кремния толщиной от 0,05 до 0,5 мкм с концентрацией кислорода от 5 до 15 мас. %, нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм и среднетемпературного фосфоросиликатного
стекла толщиной от 0,5 до 2,0 мкм с концентрацией фосфора от 2 до 7 мас. %.
Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к конструкции кристалла диода Шоттки, и может быть использовано в изделиях силовой электроники.
Известен диод Шоттки [1], содержащий сильнолегированную кремниевую подложку
n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и сильнолегированным охранным кольцом противоположного
типа проводимости, защитное диэлектрическое покрытие, вскрытое в защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода с барьерным слоем электрода Шоттки,
металлизацию катода.
Однако из-за высокой концентрации легирующей примеси охранное кольцо с эпитаксиальным слоем образуют p-n-переход с низким напряжением пробоя. Поэтому обратное
напряжение диода Шоттки не может превышать нескольких десятков вольт. Кроме того,
использование в качестве материала защитного диэлектрического покрытия окисла кремния приводит к наличию зарядовых состояний на поверхности эпитаксиального слоя, что
обусловливает появление дополнительных обратных токов охранного кольца, снижение
обратного напряжения и низкий выход годных диодов Шоттки.
Известен диод Шоттки [2], содержащий сильнолегированную кремниевую подложку
n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, сильнолегированные области противоположного типа проводимости, выполненные в виде внутреннего охранного кольца, наружного потенциального
кольца и совокупности параллельных полос внутри охранного кольца, защитное диэлектрическое покрытие, вскрытое в защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода с барьерным слоем электрода Шоттки, металлизацию катода.
Наличие кольцевых структур и совокупность параллельных диффузионных полос в
данном устройстве позволяют увеличить обратное напряжение диода Шоттки. Однако изза высокой степени легирования областей p-типа проводимости данный диод Шоттки не
обеспечивает обратное напряжение более 150 В. Кроме того, и в данном устройстве из-за
использования окисла кремния в качестве материала защитного диэлектрического покрытия наблюдается наличие зарядовых состояний на поверхности эпитаксиального слоя,
обусловливающее дополнительные токи утечки охранного кольца, снижение обратного
напряжения и низкий выход годных диодов Шоттки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является диод Шоттки [3],
содержащий сильнолегированную кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, слаболегированные области противоположного типа проводимости, выполненные в виде
внутреннего охранного кольца, наружного потенциального кольца и совокупности параллельных полос внутри охранного кольца, защитное диэлектрическое покрытие, вскрытое в
защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода с барьерным слоем электрода Шоттки, металлизацию катода.
Уменьшение концентрации легирующей примеси в областях p-типа проводимости
способствует увеличению обратного напряжения диода Шоттки. Однако использование
охранного кольца в совокупности с одним потенциальным кольцом без ограничительного
кольца n-типа проводимости не обеспечивает обратное напряжение диода Шоттки более
500 В. Кроме того, и в данном устройстве использование в качестве материала защитного
диэлектрического покрытия окисла кремния обусловливает повышенное значение обратного тока, снижение обратного напряжения и низкий выход годных диодов Шоттки.
2
BY 15400 C1 2012.02.28
Заявляемое изобретение решает задачу увеличения обратного напряжения и повышения выхода годных диодов Шоттки.
Сущность изобретения заключается в том, что в диоде Шоттки, содержащем сильнолегированную кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, слаболегированные
области противоположного типа проводимости, выполненные в виде внутреннего охранного кольца, наружного потенциального кольца и совокупности параллельных полос
внутри охранного кольца, диэлектрическое покрытие, вскрытое в защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода с барьерным слоем электрода Шоттки, металлизацию катода; в эпитаксиальном слое вокруг потенциального кольца выполнено
дополнительное слаболегированное потенциальное кольцо p-типа проводимости, по периметру структуры выполнено ограничительное кольцо n-типа проводимости, а защитное
диэлектрическое покрытие выполнено из последовательно нанесенных слоев полуизолирующего поликристаллического кремния толщиной от 0,05 до 0,5 мкм с концентрацией
кислорода от 5 до 15 мас. %, нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм и среднетемпературного фосфоросиликатного стекла толщиной от 0,5 до 2,0 мкм с концентрацией
фосфора от 2 до 7 мас. %.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что в эпитаксиальном слое вокруг потенциального кольца выполнено дополнительное слаболегированное потенциальное
кольцо р-типа проводимости, по периметру структуры выполнено ограничительное кольцо n-типа проводимости, а защитное диэлектрическое покрытие выполнено из последовательно нанесенных слоев полуизолирующего поликристаллического кремния толщиной
от 0,05 до 0,5 мкм с концентрацией кислорода от 5 до 15 мас. %, нитрида кремния толщиной от 0,05 до 0,2 мкм и среднетемпературного фосфоросиликатного стекла толщиной от
0,5 до 2,0 мкм с концентрацией фосфора от 2 до 7 мас. %.
Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Из литературных
данных известно, что пробой планарного p-n-перехода происходит при обратном смещении в месте наибольшей напряженности электрического поля, локализующемся, как
правило, на поверхности структуры [4]. Формирование в эпитаксиальном слое потенциальных колец p-типа проводимости позволяет расширить область обеднения обратносмещенного p-n-перехода на поверхности структуры. Это, в свою очередь, позволяет
уменьшить напряженность электрического поля и, соответственно, увеличить обратное
напряжение диода Шоттки.
Формирование ограничительного кольца n-типа проводимости по периметру диодной
структуры позволяет установить необходимую ширину области обеднения на поверхности. Это исключает возникновение локальных мест пробоя структуры, что стабилизирует
обратное напряжение и уменьшает обратный ток диода Шоттки. Кроме того, область
n-типа проводимости является геттером, что также способствует уменьшению обратного
тока диода Шоттки.
Слой полуизолирующего поликристаллического кремния (ППК) в составе защитного
диэлектрического покрытия выполняет функцию резистивной обкладки, обеспечивающей
равномерное распределение напряжения обратного смещения по площади структуры. При
толщине слоя ППК менее 0,05 мкм ухудшается равномерность распределения напряжения
обратного смещения, что приводит к уменьшению обратного напряжения. При толщине
слоя ППК более 0,5 мкм в защитном диэлектрическом покрытии наблюдаются существенные внутренние механические напряжения, которые могут привести к ухудшению адгезии
и отслаиванию слоя ППК. При концентрации кислорода менее 5 мас. % поверхностное сопротивление слоя ППК становится чрезмерно низким, что приводит к существенному увеличению обратного тока, обусловленному поверхностной утечкой через слой ППК,
уменьшению обратного напряжения и снижению процента выхода годных диодов Шоттки.
3
BY 15400 C1 2012.02.28
При концентрации кислорода более 15 мас. % поверхностное сопротивление слоя ППК становится слишком большим, что приводит к ухудшению равномерности распределения
напряжения обратного смещения и, соответственно, к уменьшению обратного напряжения.
Слой нитрида кремния 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 обратных токов диода Шоттки. При толщине слоя нитрида
кремния более 0,2 мкм в структуре будут наблюдаться значительные внутренние механические напряжения, приводящие к нарушению сплошности защитных слоев вследствие их
растрескивания, что обусловливает снижение выхода годных.
Формирование поверх слоя нитрида кремния слоя среднетемпературного фосфоросиликатного стекла (СТФСС) позволяет сформировать дополнительную защиту против диффузии влаги к нижележащим слоям, а также исключить попадание загрязнений на поверхность
нитрида кремния. При толщине слоя СТФСС менее 0,5 мкм не будет обеспечиваться защита
нижележащих слоев от диффузии влаги. Нанесение слоя СТФСС толщиной слоя более
2,0 мкм нецелесообразно экономически. При содержании фосфора в слое СТФСС менее
2 мас. % данный слой будет характеризоваться механической напряженностью и склонностью к растрескиванию, что ухудшает качество защиты и снижает выход годных диодов
Шоттки. При содержании фосфора в слое СТФСС более 7,0 мас. % при взаимодействии с
атмосферной влагой будет образовываться ортофосфорная кислота, приводящая к коррозии
и отказам металлизации, снижению выхода годных диодов Шоттки.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-2, где на фиг. 1 изображена структура диода Шоттки согласно устройству-прототипу, а на фиг. 2 изображена структура диода
Шоттки согласно формуле заявляемого устройства, содержащего сильнолегированную
кремниевую подложку n-типа проводимости (1) со сформированным слаболегированным
эпитаксиальным слоем (2) того же типа проводимости, слаболегированные области противоположного типа проводимости, выполненные в виде внутреннего охранного кольца
(3), наружного потенциального кольца (4) и совокупности параллельных полос (5) внутри
охранного кольца, защитное диэлектрическое покрытие (6) из последовательно нанесенных слоев полуизолирующего поликристаллического кремния (11), нитрида кремния (12)
и среднетемпературного фосфоросиликатного стекла (13), вскрытое в защитном диэлектрическом покрытии окно, металлизацию анода (7) с барьерным слоем электрода Шоттки,
металлизацию катода (8), дополнительное слаболегированное потенциальное кольцо (9)
p-типа проводимости, ограничительное кольцо (10) n-типа проводимости.
Изображенная на фиг. 2 структура может быть изготовлена следующим образом. В
исходной сильнолегированной кремниевой подложке (1) n-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем (2) того же типа проводимости
стандартными методами термического окисления, фотолитографии и термодиффузии
формируют слаболегированные области p-типа проводимости, выполненные в виде внутреннего охранного кольца (3), наружного потенциального кольца (4), совокупности параллельных полос (5) внутри охранного кольца, а также дополнительного потенциального
кольца (9). Затем формируют ограничительное кольцо (10) n-типа проводимости. После
этого химическим осаждением из газовой фазы наносят слой полуизолирующего поликристаллического кремния (11) и слой нитрида кремния (12). Далее фотолитографией с
последующим травлением слоев нитрида кремния и ППК наносят слой среднетемпературного фосфоросиликатного стекла (СТФСС) (13). Фотолитографией с последующим
травлением локально удаляют слой СТФСС (13) и посредством магнетронного распыления алюминия с последующей фотолитографией формируют металлизацию анода (7) с
барьерным слоем электрода Шоттки и металлизацию катода (8).
4
BY 15400 C1 2012.02.28
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Высоколегированная подложка (1) является несущим основанием диодной структуры с минимальным последовательным электрическим сопротивлением. Низколегированный эпитаксиальный слой (2)
является катодом диодной структуры и лимитирует ее максимальное обратное напряжение. Охранное кольцо (3) и совокупность параллельных полос (5) p-типа проводимости
образуют одну часть анода, ответственную за формирование области обеднения при
обратном смещении. Другую часть анода составляют диоды Шоттки, образуемые контактами металл - кремний между металлизацией анода (7) и низколегированным эпитаксиальным слоем (2). При подаче на диодную структуру обратного смещения области
обеднения параллельных полос объединяются и ширина области обеднения выпрямляющих контактов увеличивается на величину глубины p-областей. Это приводит к уменьшению напряженности электрического поля под барьером Шоттки и обусловливает
увеличение его максимального обратного напряжения, уменьшение обратного тока и повышение выхода годных диодов Шоттки. Потенциальные кольца (4) и (9) обеспечивают
"растягивание" области обеднения в латеральном направлении таким образом, чтобы основные характеристики обратно смещенной диодной структуры определялись процессами, протекающими в объеме эпитаксиального слоя, а не на его поверхности.
Ограничительное кольцо n-типа проводимости (10) обеспечивает выравнивание поверхностного потенциала по периметру диодной структуры, определяя характер ее BAX в
предпробойной области, а также формирует геттер для примесных и структурных дефектов эпитаксиального слоя (2). Защитное диэлектрическое покрытие (6), состоящее из последовательно нанесенных слоев ППК (11), нитрида кремния (12) и СТФСС (13),
обеспечивает защиту p-n-перехода и поверхностной части его области обеднения. Металлизация анода (7) служит для обеспечения омического контакта к областям p-типа проводимости (3, 5), выпрямляющего контакта к эпитаксиальному слою (2), а также
возможности подсоединения внешних выводов при дальнейшей сборке кристаллов. Металлизация катода (8) обеспечивает омический контакт к подложке, а также возможность
монтажа кристалла диода Шоттки на основание корпуса при его сборке.
В таблице представлены сравнительные характеристики диодов Шоттки с различной
структурой, собранных в пластмассовый корпус TO-220.
1)
Вг/Вп2)
1
2
5
7
9
Обратное напряжение, В1)
Концентрация фосфора, мас. %
Толщина,
мкм
Толщина
Si3N4, мкм
3
0,03
0,2
5
0,05
0,5
10
0,1
0,85
15
0,2
2,0
20
0,5
3,0
SiO2 толщиной 0,5 мкм
Ограничительное
кольцо n-типа
0,02
0,05
0,1
0,5
0,8
Дополнительное потенциальное кольцо
p-типа
1
2
3
4
5
6
Концентрация кислорода, мас. %
№
п/п
Толщина,
мкм
Характеристики диодов Шоттки в корпусе ТО-220 с различной структурой
Структура защитного диэлектрического покрытия, мкм
ППК
СТФСС
нет
есть
есть
есть
нет
нет
нет
есть
есть
есть
нет
нет
560
645
685
660
580
460
1,02
4,9
5,9
5,1
1,04
1,00
Примечание
прототип
Обратное напряжение измерялось при обратном токе 1 мА.
Вг/Вп определялось как отношение выходов годных диодов Шоттки испытуемой
конструкции относительно выхода годных прототипа.
2)
5
BY 15400 C1 2012.02.28
Из таблицы видно, что по сравнению с прототипом обратное напряжение возросло с
460 В до 645-685 В, в 1,40-1,49 раза, а процент выхода годных диодов Шоттки увеличился
в 4,9-5,9 раза.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет решить задачу увеличения обратного напряжения и повышения выхода годных диодов Шоттки.
Источники информации:
1. Патент US 4110775, МПК H 01L 29/66, 1978.
2. Wilamowski B.M. Schottky Diodes with High Breakdown Voltages, Solid State Electronics. - Vol. 26. - 1983. - No. 5. - P. 491-493.
3. Патент US 4862229, МПК H 01L 29/66, 1989.
4. Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - С. 248.
Фиг. 1
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
246 Кб
Теги
by15400, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа