RU160937U1 - ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД - Google Patents
ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД Download PDFInfo
- Publication number
- RU160937U1 RU160937U1 RU2015152458/28U RU2015152458U RU160937U1 RU 160937 U1 RU160937 U1 RU 160937U1 RU 2015152458/28 U RU2015152458/28 U RU 2015152458/28U RU 2015152458 U RU2015152458 U RU 2015152458U RU 160937 U1 RU160937 U1 RU 160937U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- schottky
- local
- anode
- junctions
- diode
- Prior art date
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000637 aluminium metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N molybdenum;silicon Chemical compound [Mo]#[Si] GALOTNBSUVEISR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Интегрированный Шоттки p-n диод, состоящий из эпитаксиальной структуры, рабочая сторона которого покрыта слоем диэлектрика, охранного кольца, выполненного методом диффузии, типа проводимости противоположного типу проводимости эпитаксиальной структуры, контактного окна анода в слое диэлектрика, распределенных рядов полос локальных p-n-переходов, выполненных одновременно с охранным кольцом, и переходов Шоттки, выполненных в углублениях в контактном окне анода, отличающийся тем, что локальные p-n-переходы выполнены на выступах, сформированных в контактном окне анода высотой h, выбираемой из соотношения 0,15x≤h≤0,5x, где x- глубина диффузии охранного кольца.
Description
Полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции создания высоковольтных полупроводниковых диодов, и может быть использована для создания интегрированных Шоттки p-n диодов.
Диоды с барьером Шоттки имеют то преимущество, что способны блокировать большое обратное напряжение при относительно высоком уровне легирования базы, а высокий уровень легирования, в свою очередь, обеспечивает небольшое сопротивление в прямом направлении. Технические решения при изготовлении диодов Шоттки (ДШ) различными фирмами-производителями во многом сходны. В рабочей области ДШ могут применяться интегрированные системы типа JBS (Junction Barrier Schottky diode, JBS-диод), в которых локальные p-n-переходы перемежаются с контактами Шоттки (см., например, статью S.J. Kim, S. Kim, S.С. Kim, I.H. Kang, K.H. Leeand, Т. Matsuoka // MaterialsScienseForum. Vol. 556-557, 2007, p. 869 и патент США WO 2006122252, класс H01L 29/872, опубл. 16.11.06 г.).
При включении диода в прямом смещении через него протекает ток большой плотности. При приложении обратного напряжения носители заряда, которые находятся в базе диода, могут стягиваться в шнуры. Плотность тока в шнурах может значительно превышать рабочую плотность, что приводит к локальному повышению температуры и выгоранию областей диода. Для предотвращения теплового разрушения внедряют по всей площади диода Шоттки полосы р+ областей. Эти области выполняют в виде сплошных концентрических или линейных полос, чередующихся с полосами контакта Шоттки. При повышении температуры сопротивление легированных полупроводников между р+ областями растет до температуры вырождения. Так как сопротивление участка, где проходит шнур тока, повышается, то величина тока в шнуре уменьшается. То есть происходит отрицательная обратная связь между локальным шнурованием тока и сопротивлением участка шнурования. И таким образом значительно повышается устойчивость диода к высоким плотностям тока и высоким скоростям переключения. Чтобы увеличить предельную энергию лавинного пробоя, вводят несколько тысяч этих р+ полос. р+ полосы делят шнур обратного тока на множество мелких. Это снижает мгновенную температуру полупроводника и увеличивает устойчивость к вторичному пробою.
Расстояния между p-n-переходами выбирают исходя из глубины залегания p-n-перехода. Например, при глубине p-n-перехода 5 мкм расстояние между полосами p-n-переходов может быть от 8 мкм до 19 мкм так, чтобы обеспечивалась необходимая устойчивость к воздействию энергии лавинного пробоя при обратном смещении, см. патент США 7071525 В2 U.S. C.L. 257/471 от 4.07.06 г.
Недостатком данных устройств является повышенное падение напряжения при работе диодов в прямом направлении из-за уменьшения эффективной площади контакта Шоттки и повреждение контакта Шоттки при проведении сварки гибких выводов к его металлизации.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической общности и достигаемому результату является устройство по патенту республики Беларусь BY 18137, класс H01L 29/872, в котором описан интегрированный Шоттки p-n диод, состоящий из эпитаксиальной структуры, рабочая сторона которого покрыта слоем диэлектрика, охранного кольца, выполненного методом диффузии, типа проводимости противоположного типу проводимости эпитаксиальной структуры, контактного окна анода в слое диэлектрика, распределенных рядов полос локальных планарных p-n-переходов, выполненных одновременно с охранным кольцом, и переходов Шоттки, выполненных в углублениях в контактном окне анода.
Недостатки предыдущих аналогов в прототипе частично устранены, однако, при формировании рядов полос локальных планарных p-n-переходов для уменьшения последовательного сопротивления в интегрированном Шоттки p-n диоде, их линейные размеры в плоскости контакта Шоттки должны быть минимальными. Величина минимальных размеров определяется разрешающей способностью фотолитографии и боковой диффузии p-примеси при формировании p-n-переходов. Боковая диффузия увеличивает минимальные размеры. Особенно сильно этот эффект сказывается в p-n-переходах интегрированных Шоттки p-n диодов при рабочих напряжениях до 100-120 В.
Целью полезной модели является увеличение эффективной площади контакта Шоттки для снижения прямого падения напряжения.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели интегрированного Шоттки p-n диода, состоящего из эпитаксиальной структуры, рабочая сторона которого покрыта слоем диэлектрика, охранного кольца, выполненного методом диффузии, типа проводимости противоположного типу проводимости эпитаксиальной структуры, контактного окна анода в слое диэлектрика, распределенных рядов полос локальных планарных p-n-переходов, выполненных одновременно с охранным кольцом, и переходов Шоттки, выполненных в углублениях в контактном окне анода, локальные планарные p-n переходы выполнены на выступах, сформированных в контактном окне анода, высотой h, выбираемой из соотношения 0,15xj≤h≤0,5xj, где xj - глубина диффузии охранного кольца.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что локальные планарные p-n-переходы выполнены на выступах, сформированных в контактном окне анода, высотой h, выбираемой из соотношения 0,15xj≤h≤0,5xj, где xj - глубина диффузии охранного кольца.
При изготовлении интегрированных Шоттки p-n диодов с локальными планарными p-n-переходами, выполненными на выступах, влияние боковой диффузии p-примеси при формировании p-n-переходов несущественно, и минимальные размеры определяются только разрешающей способностью фотолитографии.
Наименьшая высота выступов обусловлена тем, что практически 90% легирующей примеси находится в приповерхностном участке толщиной 0,15xj. При меньшей высоте выступов влияние боковой диффузии p-примеси на последовательное сопротивление в интегрированном Шоттки p-n диоде усиливается и эффект не достигается.
Наибольшая высота выступов обусловлена тем, что при большей высоте выступа эффективность работы интегрированных Шоттки p-n диодов при обратном смещении, подаваемом на диод, снижается, что приводит к увеличению обратных токов.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведен разрез предлагаемого интегрированного Шоттки p-n диода. На фиг. 2 приведено увеличенное изображение p-n перехода на выступе.
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - подложка n+-типа проводимости;
2 - эпитаксиальная пленка n-типа проводимости;
3 - охранное кольцо;
4 - защитный слой SiO2;
5 - выступы;
6 - локальные p-n-переходы (JBS-структуры);
7 - контактное окно анода;
8 - углубления в контактном окне анода;
9 - молибденовый Шоттки контакт;
10 - слой алюминиевой металлизации;
11 - металлизация катода;
12 - конфигурация p-n-перехода интегрированного Шоттки p-n диода, выполненного методом диффузии в планарную часть анода;
А - минимальная разрешающая способность фотолитографии.
Устройство и процесс изготовления предлагаемого полупроводникового прибора описан ниже.
На эпитаксиальной n+ подложке 1 (см. фиг. 1), легированной мышьяком до удельного сопротивления 0,003 Ом·см сформирована эпитаксиальная пленка 2 n-типа проводимости толщиной 10 мкм с сопротивлением 2 Ом·см. Затем поверхность эпитаксиальной пленки легируют бором с дозой 1014 см-2 и энергией 40 кэВ методом ионной имплантации. Далее проводят операцию маскирования областей охранных колец 3 и локальных p-n-переходов 6, например, с помощью фоторезиста и изотропнго травления в плазме на глубину 0,3 мкм. Затем поверхность пластины окисляют при температуре 1100°C в течение 100 минут. При этом происходит образование защитного слоя SiO2 4 толщиной 0,3 мкм и локальная диффузия областей охранных колец 3 и локальных p-n-переходов 6 на глубину xj 1,7 мкм. Затем вскрывают контактное окно анода 7 до эпитаксиального слоя с p-n-переходами. Далее электронно-лучевым напылением наносят слой молибдена 9 толщиной 0,15 мкм и слой алюминия 10 толщиной 2,5 мкм. Затем проводят фотолитографии по металлу для формирования металлизации анода и контакта Шоттки и термообработку при температуре 450°C в среде аргона. Локальные p-n-переходы контакта Шоттки локализуются на выступах 5, а в углублениях 8 образуется контакт Шоттки кремний - молибден. Металлизацию катода 11 формируют последовательным напылением титана толщиной 0,1 мкм, никеля толщиной 0,5 мкм и серебра или золота толщиной 0,5 мкм.
На фиг. 2 приведено увеличенное изображение области локального p-n-перехода на выступе. При использовании позитивного фоторезиста область локального перехода маскируется светонепроницаемыми участками, с размером А, определяющимся минимальной разрешающей способностью фотолитографии. Например, при контактной фотолитографии с использованием нефильтрованного излучения ртутной лампы размер А составляет около 2,5 мкм. Затем при травлении углублений 8 размер выступа 5, легированного бором, уменьшается за счет бокового подтрава на величину порядка 0,6-0,9 мкм, а при проведении диффузии бора область локального p-n-перехода уменьшается по ширине из-за наличия стенок выступа 5. Для сравнения на фиг. 2 приведена конфигурации локального p-n-перехода 12 в плоскую поверхность эпитаксиального слоя. Как видно из фигуры 2, при проведении технологических операций в указанных выше режимах ширина локального перехода на выступе будет составлять примерно 1,6-1,9 мкм, а при диффузии в плоскую поверхность эпитаксиального слоя - 5-5,2 мкм.
Таким образом, эффективная площадь контакта Шоттки увеличится за счет уменьшения размеров локальных p-n-переходов.
В таблице 1 приведены экспериментальные данные по определению влияния высоты выступа на остаточное напряжение интегрированных Шоттки p-n диодов, конструкция которого описана выше. Площадь анода (включая JBS-структуру) составляла 1 мм2, плотность тока - 1 А/мм2.
Как видно из таблицы, что оптимальные параметры диода по Uост и Iобр достигаются при высоте выступа 0,24-0,85 мкм.
Следует отметить, что формирование углублений в контакте анода можно проводить не только травлением, но и локальным окислением с маскированием нитридом кремния участков охранных колец и локальных p-n-переходов внутри контакта Шоттки.
Claims (1)
- Интегрированный Шоттки p-n диод, состоящий из эпитаксиальной структуры, рабочая сторона которого покрыта слоем диэлектрика, охранного кольца, выполненного методом диффузии, типа проводимости противоположного типу проводимости эпитаксиальной структуры, контактного окна анода в слое диэлектрика, распределенных рядов полос локальных p-n-переходов, выполненных одновременно с охранным кольцом, и переходов Шоттки, выполненных в углублениях в контактном окне анода, отличающийся тем, что локальные p-n-переходы выполнены на выступах, сформированных в контактном окне анода высотой h, выбираемой из соотношения 0,15xj≤h≤0,5xj, где xj - глубина диффузии охранного кольца.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152458/28U RU160937U1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152458/28U RU160937U1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU160937U1 true RU160937U1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55659762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152458/28U RU160937U1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU160937U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU188360U1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-04-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД |
-
2015
- 2015-12-07 RU RU2015152458/28U patent/RU160937U1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU188360U1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-04-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5616911B2 (ja) | 少数キャリアの注入が抑制される炭化シリコン接合障壁ショットキーダイオード | |
US6383836B2 (en) | Diode and method for manufacturing the same | |
US9825145B2 (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device including forming an electric field control region by a laser doping technology | |
JP3751976B2 (ja) | 炭化ケイ素サイリスタ | |
KR100994185B1 (ko) | 반도체 장치 | |
US5262668A (en) | Schottky barrier rectifier including schottky barrier regions of differing barrier heights | |
US20130140584A1 (en) | Semiconductor device | |
US20110037139A1 (en) | Schottky barrier diode (sbd) and its off-shoot merged pn/schottky diode or junction barrier schottky (jbs) diode | |
US20080083966A1 (en) | Schottky barrier semiconductor device | |
US10516017B2 (en) | Semiconductor device, and manufacturing method for same | |
JP2000294804A (ja) | ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法 | |
JP2014175377A (ja) | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 | |
US11869969B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
RU157852U1 (ru) | Силовой диод шоттки на карбиде кремния | |
US6707131B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method for the same | |
RU160937U1 (ru) | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД | |
JP2006237553A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
CN112216746B (zh) | 碳化硅半导体器件 | |
CN111009571B (zh) | 半导体装置 | |
US20160126308A1 (en) | Super-junction edge termination for power devices | |
JP6178181B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US8237239B2 (en) | Schottky diode device and method for fabricating the same | |
WO2020021298A1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2007184439A (ja) | 半導体装置 | |
TWI226709B (en) | Two mask Schottky barrier diode with LOCOS structure |