CS248539B1

CS248539B1 - Power semiconductor device

Info

Publication number: CS248539B1
Application number: CS577985A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Pina; Ilja Mueller; Libor Kalanda; Jaroslav Zamastil; Jaroslav Homola
Original assignee: Bohumil Pina; Ilja Mueller; Libor Kalanda; Jaroslav Zamastil; Jaroslav Homola
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1987-02-12

Abstract

fiešení se týká výkonové polovodičové součástky, obsahující v destičce výchozího polovodičového materiálu alespoň tri polovodičové Vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti. Ve směru kolmém k povrchu desky jsou vytvořeny zahloubené části struktury s větší hloubkou než.je šířka emitorové vrstvy s elektrickou vodivostí typu n, zasahující do bázové vrstvy p-typu elektrické vodivosti, přičemž rozhraní mezi emitorovou a bázovou vrstvou je kryto na povrchu pasivační vrstvou například oxidu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že bázová vrstva p-typu elektrické vodivosti obsahuje v místech přilehlých k povrchu zahloubených částí struktury a přilehlých k rozhraní s emitorovou vrstvou oblasti, jejichž šířka ve směru rovnoběřném s povrchem desky je větší než šířka pasivační vrstvy a ve kterých je koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti vyšší než koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti v částech bázové vrstvy přilehlých k těmto oblastem a klesá ve směru rovnoběžném s povrchem desky od povrchu zahloubených částí směrem do objemu strukturyuThe solution relates to a power semiconductor component, comprising in a wafer of starting semiconductor material at least three semiconductor layers of alternating opposite types of electrical conductivity. In the direction perpendicular to the surface of the wafer, recessed parts of the structure are formed with a depth greater than the width of the emitter layer with n-type electrical conductivity, extending into the base layer of p-type electrical conductivity, the interface between the emitter and base layers being covered on the surface with a passivation layer, for example, of oxide. The essence of the invention lies in the fact that the base layer of p-type electrical conductivity contains, in places adjacent to the surface of the recessed parts of the structure and adjacent to the interface with the emitter layer, areas whose width in the direction parallel to the surface of the plate is greater than the width of the passivation layer and in which the concentration of electrically active impurities of p-type electrical conductivity is higher than the concentration of electrically active impurities of p-type electrical conductivity in the parts of the base layer adjacent to these areas and decreases in the direction parallel to the surface of the plate from the surface of the recessed parts towards the volume of the structure.

Description

Vynález se týká výkonové polovodičové součástky s vertikálně členěnou strukturou, obsahující v destičce výchozího polovodičového materiálu alespoň tři polovodičové vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti, přičemž z jedné strany destičky přiléhá k jejímu povrchu emitorová polovodičová vrstva n-typu elektrické vodivosti a z této strany je vytvořeno ve směru kolmém k povrchu desky tzv. vertikální členění tak, že zahloubené části struktury mají větší hloubku než je šířka emit.orové vrstvy ve směru kolmém k povrchu desky a zasahují až do bázové vrstvy p-typu elektrické vodivosti přilehlé k emitorové vrstvě» K části povrchu řečené bázové vrstvy přiléhá v zahloubené části struktury řídící bázový kontakt, k povrchu emitorové vrstvy přiléhá první hlavní kontakt pro vedení proudu a k polovodičové vrstvě na opačné straně desky přiléhá druhý hlavní kontakt. Rozhraní mezi emitorovou a bázovou vrstvou je kryto na povrchu v místech zahloubení pasivační vrstvou např. oxidu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a power semiconductor component with a vertically structured structure comprising at least three semiconductor layers of alternately opposite electrical conductivity in a wafer of the semiconductor material, wherein an emitter semiconductor layer of n-type conductivity is adjacent to the wafer. in a direction perpendicular to the surface of the plate so-called vertical segmentation so that the recessed parts of the structure have a greater depth than the width of the emitter layer in a direction perpendicular to the surface of the plate and extend up to the p-type base said base layer abuts in a recessed part of the base contact control structure, a first main current contact abuts the surface of the emitter layer, and a second main contact abuts the semiconductor layer on the opposite side of the board. The interface between the emitter and the base layer is covered on the surface at the recesses by a passivation layer of, for example, oxide.

Poměr koncentrací elektricky aktivních příměsí n.typu elektrické vodivosti v emitorové vrstvě a elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti v přilehlé bázové vrstvě je důležitým konstrukčním parametrem součástek výše popsaného typu, který výrazně ovlivňuje injekční účinnost emitorového přechodu a tím i chování součástek v propustném stavu a v dynamických režimech. Pro dosažení vysoké úrovně těchto parametrů se u součástekThe ratio of concentrations of electrically active impurities of the type of electrical conductivity in the emitter layer and electrically active impurities of the p-type electrical conductivity in the adjacent base layer is an important design parameter of components of the type described above, which significantly affects the injection efficiency of the emitter transition. and in dynamic modes. To achieve a high level of these parameters, the components

248 539 známého provedení volí koncentrace v bázové vrstvě obvykle alespoň o 1,5 řádu nižší než koncentrace v emitoru. B součástek s vertikálně členěnou strukturou způsobuje relativně nízká koncentrace příměsí prtypu elektrické vodivosti v p-bázi přilehlé k povrchu zahloubených částí struktury snížení účinnosti řídícího signálu přiváděného na řídící bázový kontakt přilehlý k této vrstvě. Tento jev má za následek zpomalení rozšiřování sepnutého stavu, zvláště u součástek s vícestupňovým kaskádním spínáním a dlouhým rozhraním emitoru a báze při malých strmostech nárůstu zatěžovacího proudu, pokles zesílení u výkonových spínacích tranzistorů, zvláště v zapojení typu Darlington apod. Popsaný jev se výrazně uplatňuje zejména u součástek s vertikálně Členěnou strukturou, kde je rozhraní mezi emitorovou vrstvou a přilehlou bázovou vrstvou v místech zahloubení kryta pasivační vrstvou např. oxidu.248 539 of the known embodiment selects concentrations in the base layer typically at least 1.5 orders of magnitude lower than those in the emitter. B components with a vertically structured structure cause a relatively low concentration of electrical conductivity type impurities in the β-base adjacent to the surface of the recessed parts of the structure to reduce the efficiency of the control signal applied to the control base contact adjacent to the layer. This phenomenon has the effect of slowing the expansion of the closed state, especially for components with multistage cascade switching and long emitter / base interfaces at low slopes of the load current increase, decrease of gain in power switching transistors, especially in Darlington type etc. in components with a vertically articulated structure, wherein the interface between the emitter layer and the adjacent base layer at the recesses is covered by a passivation layer, e.g., oxide.

Konstrukce výkonové polovodičové součástky s vertikálně členěnou strukturou podle vyálezu odstra-ňuje uvedené nevýhody a řeší daný problém tak, že bázová vrstva p-typu elektrické vodivosti obsahuje v místech přilehlých k povrchu zahloubených částí struktury a přilehlých k rozhraní s emitorovou vrstvou oblasti, jejichž šířka ve směru rovnoběžném s povrchem desky je větší než šířka pasivační vrstvy a ve kterých je koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu vyšší než koncntrace příměsi p-typu elektrické vodivosti v částech bázové vrstvy přilehlých k těmto oblastem a klesá ve směru rovnoběžném s povrchem desky ad povrchu zahloubených Částí směrem do objemu struktury. V tenkých vrstvách p-báze přilehlých k povrchu zahloubené části struktury je zvýšená koncentrace elektricky aktivních příměsí a to nejvíce u povrchu zahloubení, kde vodivost by mohla být ještě kompenzována až překompenzována k opačnému typu elektrické vodivosti náboji , které se mohou tvořit v přilehlé pasivační vrstvě. Směrem do objemu součástky pak koncentrace elektricky aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti na rozhraní báze a přilehlého emitoru rychle klesá, čímž zůstává na většině plochy emitoru zachované vysoká injekční účinnost. Tímto způsobem se u součástky dosáhne současně vysoké účinnosti řídícího signálu a zlepšení spínacích charakteristik,resp. zvýšení zesílení, i vysoké úrovně propustných vlastností.The construction of a power semiconductor component with a vertically articulated structure according to the invention eliminates these drawbacks and solves the problem by providing a p-type electrical conductivity base layer at areas adjacent to the surface of recessed portions of the structure and adjacent to the interface with the emitter layer. a direction parallel to the surface of the plate is greater than the width of the passivation layer and in which the concentration of electrically active p-type impurities is greater than the concentration of the p-type electrical conductivity in the portions of the base layer adjacent to these areas Parts facing the volume structure. In thin layers of p-base adjacent to the surface of the recessed part of the structure, there is an increased concentration of electrically active impurities, most notably at the recess surface, where the conductivity could still be compensated to overcompensate to the opposite type of electrical conductivity of charges that may form in the adjacent passivation layer. Towards the component volume, the concentration of electrically active β-type electrical conductivity impurities at the base interface and adjacent emitter decreases rapidly, thereby maintaining high injection efficiency over most of the emitter area. In this way, a high efficiency of the control signal and an improvement in the switching characteristics, respectively, are achieved. increased gain, even high levels of permeability.

Dva příklady výkonových polovodičových součástek s vertikálně členěnou strukturou podle vynálezu jsou na přiloženém výkresu,Two examples of power semiconductor devices with a vertically structured structure according to the invention are in the attached drawing,

248 539 kde na obr. 1 je schematicky znázorněna část struktury bipolárního výkonového spínacího tranzistoru v řezu kolmém k povrchu desky a na obr. 2 je rovněž v řezu část struktury tyristoru určeného pro práci při vyšších frekvencích.248 539, wherein a portion of the structure of a bipolar power switching transistor in cross-section perpendicular to the board surface is schematically shown in FIG.

Na obr. 1 jsou tři polovodičové vrstvy střídavě opačného typu elektrické vodivosti n-p-n 1, 2» 6> vertikálně zahloubené části struktury 2 o hloubce větší než šířka emitorové vrstvy 1, zasahující do přilehlé bázové vrstvy 2» ke které přiléhá v místech zahloubení řídící bázový kontakt £. K emitorové vrstvě 1 přiléhá první hlavní kontakt 2 P^ro vedení proudu a k polovodičové vrstvě 6 na opačné straně destičky přiléhá druhý hlavní kontakt Rozhraní mezi emitorovou vrstvou 1 a bázovou vrstvou 2 je v místech zahloubení kryto pasivační vrstvou 8. V bázové vrstvě 2 jsou v místech přilehlých k povrchu zahloubené části struktury a k rozhraní s emitorovou vrstvou 1 vyznačeny tečkované oblasti 2 o šířce větší než je šířka pasivační vrstvy 8, ve kterých je koncentrace aktivních příměsí p-typu elektrické vodivosti vyšší než v částech bázové vrstvy 2» přilehlých k oblastem 2 ^a klesá ve smě ru rovnoběžném s povrchem desky od povrchu zahloubených částí 2, tj. též od rozhraní s pasivační vrstvou 8, směrem do objemu struk tury.In Fig. 1 there are three semiconductor layers of alternating opposite type of electrical conductivity npn 1, 2 »6> vertically recessed part of the structure 2 with a depth greater than the width of the emitter layer 1, extending into the adjacent base layer 2 £. The emitter layer 1 rests against the first main contact 2 P ^ro conducting current when the semiconductor layer 6 on the opposite side of the plate abuts the second main contact interface between the emitter layer 1 and base layer 2 is in places recess covered with a passivation layer 8. On the base layer 2 at locations adjacent to the surface of the recessed portion of the structure and the interface with the emitter layer 1 indicated by the dotted area 2 of a width greater than the width of the passivation layer 8, in which the concentration of active ingredient of a p-type conductivity is higher than in the parts of the base layer 2 »adjacent to region ^{2, and} it decreases in the direction parallel to the plate surface from the surface of the recessed portions 2, i.e. also from the interface with the passivation layer 8, towards the structure volume.

Struktura na obr. 2 obsahuje čtyři polovodičové vrstvy 1, 2» IQ « 6 střídavě opačného typu elektrické vodivosti n-p-n-p.The structure of FIG. 2 comprises four semiconductor layers 1, 2 " 10 " 6 alternately of the opposite type of electrical conductivity n-p-n-p.

Značení jednotlivých částí struktury /s výjimkou vrstvy 10/ je stejné jako u obr. 1.The marking of the individual parts of the structure (except for the layer 10) is the same as that of FIG. 1.

Vynález se uplatni při výrobě výkonových polovodičových součástek s vertikálně členěnou strukturou, určených zejména pro práce při vyšších frekvencích, jako středofrekvenčních tyristorů, zpětně propustných tyristorů, výkonových spínacích tranzistorů apod.The present invention is applicable to the production of power semiconductor devices with a vertically structured structure, especially for high frequency applications such as mid-frequency thyristors, back-pass thyristors, power switching transistors and the like.

Claims

Object of the invention

248 539

A power semiconductor component comprising at least three semiconductor layers of alternately opposite electrical conductivity in the starting semiconductor material plate, wherein an emitter semiconductor layer of the n-type conductivity is adjacent to one side of the wafer and is formed in a direction perpendicular to the plate surface. vertical subdivision such that the recessed portions of the structure have a greater depth than the width of the emitter layer in a direction perpendicular to the plate surface and extend up to the p-type electrical conductivity base layer adjacent to the emitter layer; a base contact, a portion of the emitter layer surface adjoins a first main current contact and a semiconductor layer located on the opposite side of the wafer to the emitter layer, a second main current contact adjoins, and further the interface between the emitter layer and the base layer is covered on the surface at the recesses by a passivation layer, e.g., oxide, characterized in that the p-type electrical conductivity base layer comprises areas adjacent to the surface of the recessed portions of the structure and adjacent the interface with the emitter layer; The width in a direction parallel to the surface of the plate is greater than the width of the passivation layer and in which the concentration of electrically active β-type conductive impurities is higher than the concentration of electrically active β-type conductivity impurities in portions of the base layer adjacent to these areas. with the surface of the plate from the surface of the recessed parts towards the volume-structure.