CZ2002803A3 - Způsob výroby polovodičových součástek a polovodičová součástka - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby polovodičových součástek, při němž se v plátku prvního typu vodivosti vytvoří prohloubení, potom se obě strany plátku obloží dotovacími atomy a uskuteční se difuzní proces, načež se provede rozdělení plátku na jednotlivé čipy, takže každý čip má ve své vnitřní oblasti alespoň jedno prohloubení. Vynález se dále týká polovodičové součástky vyrobené tímto způsobem.

Dosavadní stav techniky

Ze spisu DE-36 33 161 Al je známá usměrňovači dioda, u níž jsou kromě jednoduchého sledu vrstev se strukturou pn provedena další opatření z hlediska prostorového rozmístění pro dosažení lepší schopnosti zotavení (anglicky „recovery behaviour“) při komutaci.

Podstata vynálezu

Výše uvedený stav vylepšuje způsob výroby polovodičových součástek, při němž se v plátku prvního typu vodivosti vytvoří prohloubení, potom se obě strany plátku obloží dotovacími atomy a uskuteční se difuzní proces, načež se provede rozdělení plátku na jednotlivé čipy, takže každý čip má ve své vnitřní oblasti alespoň jedno prohloubení, podle vynálezu, jehož podstatou je, že prohloubení se vyříznou.

* * ··· « · * * ·· * · · • · ·

Β ··

Výše uvedený stav dále vylepšuje polovodičová součástka s první vrstvou prvního typu vodivosti s horní stranou a dolní stranou, přičemž horní strana je pokryta druhou vrstvou druhého typu vodivosti a na dolní straně je uspořádána třetí vrstva, přičemž první vrstva má v důsledku alespoň jednoho prohloubení provedeného v horní straně oblasti různé tloušťky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že polovodičová součástka je vyrobena způsobem podle vynálezu.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že bez přídavných opatření z hlediska prostorového rozmístění se umožní výroba polovodičových součástek s vysokými synchronizačními frekvencemi a s nimi spojenými malými spínacími dobami, aniž by čisticí proud pro odstranění indukovaných nosičů nábojů při přepólování v závěrném směru prudce poklesl. Tím se jednoduchým způsobem zajistí to, že přes krátké spínací doby žádná prudká přerušení proudu v důsledku neustále přítomné rozptylové indukčnosti nezpůsobí vznik příliš vysokých rušivých napěťových špíček. Proto je možné jednoduchým způsobem používat rychle spínající polovodičové součástky ve vozidlech pro usměrňovači zařízení, u nichž by jinak takové napěťové špičky působily rušivě například na rádiový příjem. Polovodičová součástka, například dioda, podle vynálezu dále zaručuje kromě krátké spínací doby a mírného poklesu čisticího proudu nižší napětí v propustném směru, a tudíž i nižší tepelné ztráty při polování napětí přivedeného do polovodičové součástky v propustném směru.

Opatřeními uvedenými ve vedlejších patentových nárocích jsou umožněna výhodná další provedení a vylepšení způsobu podle vynálezu.

φ φ * • ♦ • · φ · ·· Φφφφ ·· «

• ·· *

φ«· « · · ·· ·· • · · • · * · ♦ • · · »» «

·· •Φ »φ

Zvlášť výhodné je provést zářezy s obdélníkovým průřezem, aby se pomocí co nejmenšího počtu zářezů dosáhlo požadovaného poměru mezi oblastmi různé tloušťky ve střední zóně.

Jsou-li okrajové části tvořeny oblastmi neobsahujícími žádná prohloubení, není polovodičová součástka náchylná k poškození a znečištění na okraji čipu.

Další výhody vyplývají ze znaků obsažených v popisu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje usměrňovači diodu, obr. 2 diagram, obr. 3a pohled na průřez diody a obr. 3b v půdorysu diodu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna polovodičová dioda s mírně ndotovanou střední zónou 2_, která je na své horní straně pokryta silně p-dotovanou vrstvou X a na své dolní straně opatřena silně ndotovanou vrstvou 3_. Vrstvy 1 a 3_ jsou opatřeny neznázorněným pokovením.

Vrstvy X a 2 tvoří na své společné mezní ploše pn-prechod polovodičové diody.

Na obr. 2 je znázorněn diagram s vodorovnou časovou osou 5_ a svislou osou 6. V tomto diagramu je znázorněn sinusový průběh napětí 7, které je přivedeno na vrstvy L a 3. polovodičové diody z obr. 1, V propustném směru sleduje proud procházející diodou *

φφφ φ « • I l· φφ φφ φφ • φ · · φ · φφ • φ φ φ · • φ · φ « φ ♦ • · φ φ φφ ·· φφ φφφφ v podstatě průběh napětí 7, tedy kladnou půlvlnu průběhu napětí 7 v levé polovině diagramu. Změní-li napětí ]_ znaménko, dioda se přepóluje do závěrného směru a proud procházející diodou ještě po krátkou dobu, po takzvanou spínací dobu 9., přibližně sleduje průběh napětí 7, dokud nepřejde do křivky 8 čisticího proudu.

Při přepnutí z propustného do závěrného směru musí být nosiče náboje indukované do střední zóny 2. odstraněny před tím, než je dioda schopna pojmout hradící neboli závěrné napětí. Doba k tomu potřebná je spínací dobou 9.

V průřezu diodou, znázorněném na obr. 3a, je vidět sled vrstev 10, 20, 30, které tvoří tuto diodu. Vrstva 10 je n-dotovaná a odpovídá dotování mírně n-dotovaného podkladu použitého při výrobě této polovodičové součástky. Na dolní straně n-dotované vrstvy 10 je umístěna silně n-dotovaná vrstva 20, která je na své vnější straně opatřena neznázorněným pokovením. Na horní straně n-dotované vrstvy 10 je umístěna silně p-dotovaná vrstva 30..

Na horní straně diody jsou vytvořeny zářezy 60, které definují první oblasti 40 a druhé oblasti 50. V prvních oblastech 40 je ndotovaná vrstva 10 tlustší než v druhých oblastech 50, zatímco silně p-dotovaná vrstva 30 má v obou oblastech 40, 50 přibližně stejnou tloušťku. Zářezy 60 se nacházejí ve vnitřní oblasti 70 diody, přičemž zbylá část diody, to znamená okrajová část, je tvořena prvními oblastmi 40. Na povrchu 80 diody je opět umístěno neznázorněné pokovení.

V půdorysu na obr. 3b je čarou 100 řezu označeno místo průřezu znázorněného na obr. 3a. Na povrchu 80 je vidět zářezy 60. umístěné rovnoběžně s vnějšími okraji diody, přičemž tyto zářezy 60. se křižují a vždy dva rovnoběžné zářezy 60 jsou uspořádány »· ·» φ * · · φ « · φ · · φ · » ·· ····

Φ· • · • · • ·· •φ ·· • · » · • · ·· φ φ · φ • · · φ ·· ·· rovnoběžně s každým vnějším okrajem polovodičové součástky. Hloubka zářezů 60 je například přibližně 70 mikrometrů, tloušťka ndotované vrstvy 10 v první oblasti 40 je asi 80 mikrometrů a tloušťka n-dotované vrstvy 10 v druhé oblasti 50 je asi 10 mikrometrů. Tloušťky vrstev 20 a 30 jsou vždy asi 60 mikrometrů. Koncentrace dotování v n-dotované vrstvě 10 je například asi 4*10¹⁴cm'³, koncentrace dotování na površích vrstev 20 a 30 (silně p-dotovaná vrstva 30 znázorněná na obr. 3a má povrch 80) je asi 7*10¹⁹cm'³.

První oblast 40 představuje vysoce závěrnou Část diody s širší střední zónou neboli n-dotovanou vrstvou 10 (průrazové napětí > 200 voltů), druhá oblast 50 představuje vysoce závěrnou část diody (průrazové napětí > 100 voltů) s úzkou střední zónou neboli ndotovanou vrstvou 10. První oblast 40 má v důsledku tlustší střední zóny mírný pokles čisticího proudu, druhá oblast 50 s užší střední zónou způsobuje krátkou spínací dobu 9 a nižší napětí v propustném směru polovodičové součástky podle vynálezu. Okrajová část čipu je tvořena prvními oblastmi 40, takže v důsledku vyššího průrazového napětí prvních oblastí 40 ve srovnání s druhými oblastmi 50 zůstává intenzita pole na okraji čipu nízká. Dioda proto není na okraji čipu náchylná k poškození a znečistění. Protéká-li prvními oblastmi 40 diody alespoň 25 % proudu v propustném směru, je zaručen co nejmírnější pokles proudu po přepólování napětí do závěrného směru diody.

Podle alternativního provedení je podíl druhých oblastí 50 na celé ploše čipu stanoven tak, že alespoň 50 % proudu může protékat druhými oblastmi 50, aby se současně zaručil mírný pokles proudu pro velmi nízká napětí v propustném směru. Toho se může dosáhnout vhodnou volbou počtu zářezů 60, popřípadě vhodnou volbou šířky zářezů 60. Kromě čtvercových čipů mohou být zářezy 60 provedeny i *

··» • · · • · · «· »· »» ·· ·· ·♦. ·* • # · · · · · · • · ·· t v * • ·· · « · · · • · · * · · · »+ »· ·· *«·· v čipech tvaru pětiúhelníku, šestiúhelníku nebo i mnohoúhelníku, přičemž zářezy 60 jsou vždy uspořádány rovnoběžně s příslušnými okraji čipu a protínají nebo křižují se v pětiúhelníkovém, šestiúhelníkovém nebo mnohoúhelníkovém vzoru. U prvního typu vodivosti se jedná o n-vedení, u druhého typu vodivosti se jedná o pvedení. Je samozřejmě možné provést i obrácenou volbu.

I jiné polovodičové součástky než diody mohou být s výhodou opatřeny zářezy 60 podle vynálezu. Zejména u třívrstvých nebo čtyřvrstvých diod, tedy u tranzistorových diod nebo tyristorových diod, tvoří potom vrstvy 30 a 10 vrstvy báze/kolektor, respektive pvrstvu a n-vrstvu středního pn-přechodu.

Polovodičové diody podle obr. 3a, 3b umožňují uskutečnění vyšších synchronizačních frekvencí v důsledku svých krátkých spínacích dob 9. Jsou proto zejména vhodné pro použití v můstkových usměrňovačích zařízeních vozidel, u nichž jsou použity synchronizační frekvence, které leží zřetelně nad frekvencemi normálních pasivních diodových usměrňovačů. U taktovaných usměrňovačů, jako jsou usměrňovače popsané například v nezveřejněné německé patentové přihlášce č. 198 45 569.0, může být pomocí popsaných polovodičových diod se zářezy 60 dosaženo synchronizačních frekvencí o hodnotě asi 20 kHz, což je asi o řád vyšší než konvenční frekvence známých usměrňovačích zařízení používaných ve vozidlech, která je vázána na otáčky generátoru, a jejíž hodnota je maximálně asi 2 kHz.

Pro výrobu diodového čipu podle obr. 3a a 3b se nejprve do plátku, který má dotování pozdější n-dotované vrstvy 10, vyříznou navzájem rovnoběžné zářezy 60. Potom se současně provede indifundování silně p-dotované vrstvy 30 a silně n-dotované vrstvy

20. Nato se na obou stranách plátku vyloučí vždy kovová vrstva.

«·· · · ·· · · * • ··« · · · · · » · • · ···· ··· ··· ·· · ·· ·· ····

Plátek se potom řezáním rozdělí na jednotlivé čipy, přičemž linie řezů probíhají v prvních oblastech 40, v nichž je střední zóna neboli n-dotovaná vrstva 10 tlustší oproti druhým oblastem 50, v nichž jsou provedeny zářezy 60. Čip se může například zalisovat a zaletovat do známého diodového pouzdra a zalít epoxidovou pryskyřicí.

Aby vznikly co největší druhé oblasti 50, je výhodné řezáním vytvořit zářezy 60 s obdélníkovým profilem. Počet zářezů 60 na jeden čip se určí ze stanovených plošných proporcí první oblasti 40 k druhé oblasti 50 a ze zvolené šířky zářezů 60.

Způsob podle vynálezu vystačí pro výrobu takových polovodičových součástek bez přídavných difuzních vrstev, popřípadě bez přídavných opatření pro prostorové rozmístění. Jedná se o způsob určený pro hromadnou výrobu, který je částečně, alespoň pokud se týká provádění zářezů 60, proveditelný mimo čistý prostor.

• ·· ·· ·» »* »· ··· · · · · ··· * ··· · · ·· · · · • · · · · · · · · · · · ··· ···· ··· *·· ·· ·* ·· ·· ····

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby polovodičových součástek, při němž se v plátku prvního typu vodivosti vytvoří prohloubení, potom se obě strany plátku obloží dotovacími atomy a uskuteční se difuzní proces, načež se provede rozdělení plátku na jednotlivé čipy, takže každý čip má ve své vnitřní oblasti (70) alespoň jedno prohloubení (60), vyznačující se tím, že prohloubení se vyříznou.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že prohloubení se vytvoří jako zářezy s obdélníkovým průřezem.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před rozdělením plátku se na obě strany plátku nanesou kovové vrstvy.
4. 4. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že rozdělení se provede v oblastech (40) plátku, v nichž se nenacházejí prohloubení.
5. 5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při obkládání horní strany se použije dotovací materiál druhého typu vodivosti.
6. 6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při obkládání dolní strany se použije dotovací materiál prvního typu vodivosti.
7. 7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kovové vrstvy se nanesou na první a třetí vrstvu.
8. 8. Polovodičová součástka s první vrstvou (10) prvního typu vodivosti s horní stranou a dolní stranou, přičemž horní strana je ··· · · ·· · * · • · · · ·· ·«· · · • · · · · · · · » *· ·· ·· ·· ·· ···· pokryta druhou vrstvou (30) druhého typu vodivosti a na dolní straně je uspořádána třetí vrstva (20), přičemž první vrstva (10) má v důsledku alespoň jednoho prohloubení (60) provedeného v horní straně oblasti (40, 50) různé tloušťky, vyznačující se tím, že polovodičová součástka je vyrobena způsobem podle jednoho z předcházejících nároků.