CS201581B1 - Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby - Google Patents
Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CS201581B1 CS201581B1 CS520472A CS520472A CS201581B1 CS 201581 B1 CS201581 B1 CS 201581B1 CS 520472 A CS520472 A CS 520472A CS 520472 A CS520472 A CS 520472A CS 201581 B1 CS201581 B1 CS 201581B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- concentration
- layer
- region
- control layer
- low
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 3
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
Předmětem vynálezu je řešení řídicí vrstvy čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky vytvořené na bázi monokrystalického materiálu a způsob její výroby.
Známá řešení čtyřvrstvých a vícevrstvých součástek, zejména tyristorů, používají jednoduchý koncentrační profil aktivních příměsí v řídicí vrstvě, získaný difúzí vhodně volené aktivní příměsi. Takové řešení vede bud k velikému koncentračnímu gradientu na blokovacím PN přechodu a následně se získává relativně menší blokovací napětí, nebo k malému koncentračnímu gradientu a následně potom malé účinnosti emitorových mikrosvodů, což vede ke špatné teplotní závislosti, malému du/dt a snížení úrovně napětí vlivem špatné závislosti proudového zisku celé soustavy.
Uvedené nedostatky je možno odstranit řídicí vrstvou podle vynálezu, která je tvořena nízkokcncentrační oblastí a vysokokoncentrační oblastí, přičemž nízkokoncentrační oblast sousedící s vysokoohmickou bází zaujímá takovou šířku, při které je celkové množství aktivních příměsí v této oblasti větší nebo rovno množství aktivních příměsí v bázi, přičemž vysokokoncentrační oblast má koncentraci aktivních příměsí menší nebo rovnou 1/50 povrchové koncentrace aktivních příměsí v emitorové vrstvě a na rozhraní s nízkokoncentrační oblastí je gradient koncentrace aktivních příměsí větší než 1018cm-,4. Šířka vysokokoncetráční oblasti může být 15 — 60 μπκ V monokrystalickém křemíku se nízkokoncetrační oblast vytváří difúzí hliníku, zatímco vysokokoncentrační oblast difúzí nebo epitaxiálním růstem boru nebo galia.
Šířka d vysokokoncentrační oblasti je složitou funkcí řady faktorů a je volena v závislosti na geometrii mikrosvodů tak, aby při nejvyšší požadované teplotě a rychlosti nárůstu blokovacího napětí bylo rozložení potenciálu podél přechodu PN mezi emitorovou vrstvou a vysokokoncentrační oblastí takové, že injekční účinnost tohoto přechodu PN je v celé ploše menší než je hodnota postačující k sepnutí. Tato podmínka je splněna pro kde j — proudová hustota, p — střední měrný odpor ve vysokokoncentrační oblasti,
Rž — poloměr mikrosvodů a
Ri — polovina vzdálenosti mikrosvodů
Reálné hodnoty odpovídají šířce 30 až 60 μτα.
201 581
Na připojeném obr. je znázorněn příklad provedení čtyřvrstvé struktury s koncentračním profilem aktivních příměsí podle vynálezu. Horní část a) obr. schematicky znázorňuje sled vrstev struktury a jejich zapojení mezi hlavní vývody součástky, dolní část b) obr. znázorňuje koncentrační profil aktivních příměsí podél celé struktury jako absolutní hodnotu rozdílu donorů a akceptorů. Šrafo-váním je rozlišen typ elektrické vodivosti vrstev.
Řídicí vrstva 1 je rozdělena na dvě oblasti: nízkokoncentrační oblast 11 sousedící s bází 2 a vysokokoncentrační oblast 12 sousedící s emitorovou vrstvou 3 s mikrosvody M. Nízkokoncentrační oblast 11 se vyznačuje minimálním gradientem koncentrace aktivních příměsí ai, zejména poblíž přechodu PN mezi touto oblastí a bází 2. Velikost gradientu koncentrace aktivních příměsí ai je volena v souladu s koncentrací aktivních příměsí v bázi 2 a s_ potřebným mezním blokovacím napětím. Šířka nízkokoncentrační oblasti 11 je volena tak, aby byla přibližně rovna oblasti prostorového náboje při přiloženém maximálním blokovacím napětí. Tato podmínka odpovídá přibližně šířce, při níž je celková koncentrace aktivních příměsí nízkokoncentrační oblasti 11 rovna celkové koncentraci aktivních příměsí v bázi 2. Vysokokoncentrační oblast 12 je potřeba volit, tak, aby koncentrace Ni podél celé vrstvy byla maximální a konstantní nebo pozvolně klesající, nejvýše však rovná povrchové koncentraci No3 emitorové vrstvy 3. Gradient koncentrace aktivních příměsí a2 ve vysokokoncentrační oblasti 12 na rozhraní nízkokoncentrační oblasti 11 je vhodno volit maximální a větší než 1018cm-4. S bází 2 dále sousedí další emitorová vrstva 4. Znázorněná čtyřvrstvá struktura je opatřena vnějšími elektrickými kontakty 51, 61, které jsou připojeny k hlavním vývodům 5, 6 součástky.
Výše popsaným uspořádáním je dosaženo maximální efektivnosti mikrosvodu M při minimální šířce vysokokoncentrační oblasti 12. Šířku vysokokoncentrační oblasti 12 je nutno volit v závislosti na geometrii mikrosvodu M tak, aby' při nejvyšší požadované teplotě a rychlosti nárůstu blokovacího napětí bylo rozložení potenciálu podél přechodu PN mezi emitorovou vrstvou 3 a vysokokoncentrační oblastí 12 takové, že injekční účinnost tohoto přechodu PN je v celé ploše menší, než je hodnota postačující k sepnutí struktury.
Popsaný koncentrační profil lze vytvořit kombinovanou difúzí nebo kombinací difúze a epitaxiálního růstu. V případě křemíku se základní vodivostí typu N je vhodná například kombinovaná difúze hliníku a galia nebo boru. Ideálního, téměř obdélníkového koncentračního profilu vysokokoncentrační oblasti 12 lze dosáhnout například epitaxiálním růstem.
Rozdělením řídicí vrstvy na dvě části a řešením koncentračního profilu podle vynálezu je umožněno jednak vhodně upravit průběh intenzity elektrického pole v oblasti prostorového náboje v okolí přechodu PN mezi bází a řídicí vrstvou a dosáhnout tak maximálních blokovacích napětí, jednak zvýšit účinnost mikrosvodů a tím zamezit nežádoucímu sepnutí v důsledku zvýšení teploty, rychlého nárůstu blokovacího napětí nebo jiných vlivů. Zvýšení provozní teploty může vést k případnému zvýšení proudové zatížitelnosti součástky.
Příklad
Pro případ křemíkového tyristoru je možno řídící vrstvu podle vynálezu rozdělit na nízkokoncentrační a vysokokoncentrační oblast vhodnou volbou výrobního postupu, při němž je nízkokoncentrační oblast vytvořena difúzí hliníku, zatímco vysokokoncentrační oblast následnou difúzí galia a fosforu. Protože dosažitelná povrchová koncentrace fosforu v křemíku leží pří dále uvedeném postupu v úrovni 1O20 až 1021cm-3, je vhodné volit povrchovou koncentraci galia v úrovni pod 2 až 6 . 1018cm-3, přitom ale co nejvyšší. Pro dosažení potřebného gradientu koncentrace aktivních příměsí, konkrétně hliníku, na přechodu PN mezi řídicí vrstvou a bází tyristoru je vhodné, aby hloubka tohoto přechodu byla zhruba nad 70 jim. Protože povrchová koncentrace hliníku je obvykle v úrovni 3 až 6.1016cm-3 a potřebná tlouštka emitorové vrstvy je 10 až 20 ^m, je potřeba, aby rozhraní nízkokoncentrační a vysokokoncentrační oblasti řídicí vrstvy leželo v hloubce větší než 20 až 30 μΐη, přitom co nejhlouběji. Konkrétní výrobní postup tyristoru a uspořádání řídicí vrstvy, potom lze charakterizovat jako příklad následovně:
— difúze hliníku z lihového nebo vodního roztoku AI (NO3]3 při teplotě cca 1 250 až 1 320 °C po dobu 13 až 7 hod., — difúze galia ze slitiny galium-křemík nebo Ga2O3 při teplotě 1 200 až 1320 °C po dobu 6 až 3 hod., přičemž teplota difúzantu je zhruba 1 050 až 1180 °C, — jednostranná difúze boru při teplotě cca 1 230 až 1 250 °C po dobu zhruba 3 až 1 hod., — jednostranná difúze fosforu z P2O5 nebo niklfosfořové vrstvy při teplotě cca 1 230 až 1 300 °C po dobu zhruba 2 až 1,5 hod. Tím vznikne struktura řídicí vrstvy o celkové tloušťce 55 až 100 μΐη, u níž je splněna zásadní podmínka, že v žádném místě řídicí vrstvy není koncentrace vyšší než 1/50 povrchové koncentrace emitorové vrstvy, a přitom se vyznačuje jak vysokou efektivností mikrosvodů, respektive vysokou odolností proti du/dt, vysokou provozní teplotou a nízkou vypínací dobou i odolností proti di/dt, tak nízkým gradientem koncentrace aktivních příměsí potřebným pro dosažení vysokých blokovacích napětí.
Claims (3)
- PŘEDMĚT .1. Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky se střídavým typem vodivosti a mikrosvody na přechodu PN mezi emitorovou vrstvou a řídicí vrstvou, vyznačená tím, že je tvořena ňízkokoncentrační oblastí (11) a vysokokoncentrační oblastí (12), přičemž nízko koncentrační oblast (11) sousedící s vysokoohmickou bází (2) zaujímá takovou šířku, při které je celkové množství aktivních příměsí v této oblasti větší nebo rovno množství aktivních příměsí v bázi (2), přičemž vysokocentrační oblast (12) má koncentraci aktivních příměsí menší nebo rovVYNÁLEZU nou 1/50 povrchové koncentrace aktivních příměsí v emitorové vrstvě (3) a na rozhraní s nízkokoncentrační oblastí (lij je gradient koncentrace aktivních příměsí větší než 1018cm-4.
- 2. Řídicí vrstva podle bodu 1, vyznačěná tím, že šířka vysokokoncentrační oblasti (12) je 15 až 60 ,um.
- 3. Způsob výroby řídicí vrstvy podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že v monokrystalickém křemíku se nízkokoncentrační oblast vytváří difúzí hliníku, zatímco vysokokoncentrační oblast difúzí nebo epitaxiálním růstem boru nebo galia.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS520472A CS201581B1 (cs) | 1972-07-21 | 1972-07-21 | Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS520472A CS201581B1 (cs) | 1972-07-21 | 1972-07-21 | Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS201581B1 true CS201581B1 (cs) | 1980-11-28 |
Family
ID=5396479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS520472A CS201581B1 (cs) | 1972-07-21 | 1972-07-21 | Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS201581B1 (cs) |
-
1972
- 1972-07-21 CS CS520472A patent/CS201581B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100284750B1 (ko) | 실리콘 카바이드 사이리스터 | |
| US10950717B2 (en) | Semiconductor device having semiconductor regions with an impurity concentration distribution which decreases from a respective peak toward different semiconductor layers | |
| EP2913854B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
| JP6237915B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| JP6169249B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| EP3242330A1 (en) | Diode and power convertor using the same | |
| JP5411422B2 (ja) | バイポーラ型半導体装置、その製造方法およびツェナー電圧の制御方法 | |
| WO2016010097A1 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| KR101981824B1 (ko) | 고전압-트렌치-접합-장벽-쇼트키 다이오드 | |
| US11715769B2 (en) | Silicon carbide diode with reduced voltage drop, and manufacturing method thereof | |
| CN110896098B (zh) | 一种基于碳化硅基的反向开关晶体管及其制备方法 | |
| US4089020A (en) | High power semiconductor diode | |
| US3460009A (en) | Constant gain power transistor | |
| US4116717A (en) | Ion implanted eutectic gallium arsenide solar cell | |
| US11245010B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| EP0030370B1 (en) | Ion implanted reverse-conducting thyristor | |
| US12094933B2 (en) | Silicon carbide diode with reduced voltage drop, and manufacturing method thereof | |
| JP3952452B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CS201581B1 (cs) | Řídicí vrstva čtyřvrstvé nebo vícevrstvé polovodičové součástky a způsob její výroby | |
| KR102670357B1 (ko) | SiC 기반 보호 디바이스를 위한 구조 및 방법 | |
| US3327183A (en) | Controlled rectifier having asymmetric conductivity gradients | |
| RU158240U1 (ru) | Силовой полупроводниковый прибор с повышенной устойчивостью к динамической лавине | |
| US11495663B2 (en) | Semiconductor device including insulated gate bipolar transistor, diode, and current sense regions | |
| RU2484553C2 (ru) | Ограничитель напряжения с отрицательным участком динамического сопротивления | |
| JP2003264288A (ja) | 半導体装置 |