RU169376U1 - Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния - Google Patents
Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU169376U1 RU169376U1 RU2016142150U RU2016142150U RU169376U1 RU 169376 U1 RU169376 U1 RU 169376U1 RU 2016142150 U RU2016142150 U RU 2016142150U RU 2016142150 U RU2016142150 U RU 2016142150U RU 169376 U1 RU169376 U1 RU 169376U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metallization
- polyimide
- silicon carbide
- crystal
- strip
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 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
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 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
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 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)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Использование: для создания элементной базы преобразовательных устройств. Сущность полезной модели заключается в том, что полупроводниковый кристалл на основе карбида кремния содержит планарный рабочий переход, на котором сформирована металлизация, являющаяся контактной площадкой, с окружающим металлизацию защитным диэлектрический слоем на основе полиимида, полосу скрайбирования без металлических и диэлектрических покрытий, ограничивающую рабочую поверхность кристалла, защитный диэлектрический слой на основе полиимида покрывает часть металлизации, при этом контактная площадка выполнена на расстоянии d от полосы скрайбирования,,гдеU - значение прикладываемого напряжения;Е - значение критической напряженности поля для воздуха;К - коэффициент для приборов на основе карбида кремния, К=0,24е. Технический результат: обеспечение возможности защиты от коронного разряда и снижения вероятности его возникновения, без увеличения размеров кристалла. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а именно - к конструкции полупроводниковых приборов на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств.
Известна конструкция полупроводникового кристалла на основе карбида кремния, содержащего планарный рабочий переход, на котором сформирована металлизация, являющаяся контактной площадкой, полосу скрайбирования без металлических и диэлектрических покрытий ограничивающую рабочую поверхность кристалла и пассивирующий слой оксида кремния (см., например, патент России RU 2390880, кл. H01L 29/872 от 27.05.2010).
Термически выращенный оксид кремния в качестве диэлектрического защитного покрытия имеет некоторое количество подвижных заряженных ионов, также оксид кремния может ионизироваться из вне, что снижает напряжение пробоя. Карбид кремния более стоек к термическому окислению по сравнению с кремнием, поэтому для высоковольтных приборов пленки оксида кремния получаются недостаточной толщины, не более 80 нм.
Указанный недостаток устранен в наиболее близкой к предлагаемой конструкции полупроводникового кристалла, содержащего планарный рабочий переход, на котором сформирована металлизация, являющаяся контактной площадкой, с окружающим металлизацию защитным диэлектрический слоем на основе полиимида, полосу скрайбирования без металлических и диэлектрических покрытий ограничивающую рабочую поверхность кристалла (см., например, спецификацию фирмы ABB, Doc. No. 5SYA 1696-03 12 14., стр 1-2).
В данной конструкции полиимидным покрытием защищена область от края металлизации до полосы скрайбирования, где вся металлизированная область открыта и является контактной площадкой.
Область полосы скрайбирования (полоса резки пластины на кристаллы) должна быть открыта, так как, слои оксида кремния, нитрида кремния, ФСС увеличивают износ режущих дисков, а полиимидные покрытия «засаливают» кромку режущего диска.
Покрытия на основе полиимида имеют высокие электроизоляционные характеристики и выдерживают температуру до 573 К, поэтому оптимально подходят для защиты высоковольтных приборов. Полиимидное покрытие является барьером для ионного проникновения и ионизации оксида кремния.
Также, при зондовом контроле, возможно возникновение коронного разряда. Высокое энергетическое воздействие коронных разрядов приводит к ускорению заряженных частиц, атомов и радикалов, которые с высокой скоростью пробивают материал, образуя выжженные области на кристалле.
Коронный разряд возникает в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Зона вблизи такого электрода характеризуется более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Когда напряженность поля достигает предельного значения, происходит ионизация молекул воздуха и нарастание тока, что ведет к коронному разряду, в результате чего происходит повреждение кристалла.
Защитное диэлектрическое покрытие на основе полиимида между линией скрайбирования и контактной площадкой, благодаря химическим, температурным и механическим свойствам, а также высокой диэлектрической прочности, защищает кристалл от повреждения при коронном разряде.
Критическая напряженность поля для карбида кремния имеет значение 2,2 МВ/см. Область пространственного заряда, как правило, не превышает 10-15 мкм, поэтому карбидокремниевые высоковольтные кристаллы имеют значительно меньшие размеры по сравнению с кремниевыми кристаллами.
По причине малых размеров и большого значения напряженности поля высоковольтного кристалла, часто пробой по воздуху из-за коронного разряда наступает раньше, чем лавинный пробой в структуре полупроводника.
Для устранения возможности возникновения коронного разряда для карбидокремниевых кристаллов необходимо увеличивать изолированный зазор между линией скрайбирования и краем контактной площадки.
Увеличение зазора за счет пассивной части планарного перехода путем увеличения расстояния от края металлизации до полосы скрайбирования ведет к увеличению размера полупроводникового прибора, что приводит к большим экономическим издержкам и уменьшению надежности прибора.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является защита от коронного разряда и снижение вероятности его возникновения, без увеличения размеров кристалла.
Указанный технический результат достигается тем, что полупроводниковый кристалл на основе карбида кремния, содержит планарный рабочий переход, на котором сформирована металлизация, являющаяся контактной площадкой, с окружающим металлизацию защитным диэлектрический слоем на основе полиимида, полосу скрайбирования без металлических и диэлектрических покрытий, ограничивающую рабочую поверхность кристалла, защитный диэлектрический слой на основе полиимида покрывает часть металлизации, при этом контактная площадка выполнена на расстоянии d от полосы скрайбирования,
U - значение прикладываемого напряжения;
Е - значение критической напряженности поля для воздуха;
К - коэффициент для приборов на основе карбида кремния, К=0,24е0,0008U.
Защитный диэлектрический слой на основе полиимида, окружающий контактную площадку по всей площади кристалла до полосы скрайбирования, защищает поверхность от повреждения за счет диэлектрической и температурной прочности.
Помимо пассивной части планарного перехода защитный диэлектрический слой на основе полиимида покрывает часть металлизации, что увеличивает изолированное расстояние между электродами, которыми являются контактная площадка с установленным зондом и область полосы скрайбирования, между которыми и может возникнуть коронный разряд. Таким образом, за счет изоляции полиимидом части металлизации увеличивается расстояние от края контактной площадки до полосы скрайбирования без увеличения размера кристалла, при этом значительно снижает возможность возникновения коронного разряда.
Расстояние d зависит от значения прикладываемого напряжение U, значения критической напряженности поля для воздуха Е. Коэффициент К=0,24е0,0008U для карбид кремниевых приборов получен экспериментально, с учетом критического значение напряженности поля карбида кремния.
Приведенный в полезной модели расчет расстояния от края контактной площадки до полосы скрайбирования, которое необходимо изолировать полиимидом является оптимальным, так как дальнейшее увеличении площади покрытия металлизации защитным слоем качественно не влияет на снижение вероятности возникновения коронного разряда.
Если рассматривать вариант конструктивного исполнения, при котором 
увеличится изолированное расстояние между электродами, но при увеличении значения d, уменьшается размер контактной площадки, что может вызывать проблемы с разваркой кристалла на корпус. Кроме того, при измерении больших токов на контактную площадку ставят несколько зондов одновременно и при малом размере площадки такой замер будет затруднен или невозможен.
В случае, если 
при нарастании напряжения до определенного значения, из-за недостаточного расстояния между линией скрайбирования и контактной площадкой возможно повреждение незащищенного области кристалла коронным разрядом.
Сущность предлагаемой полезной модели на примере схематической конструкции карбидокремниевого кристалла диода Шоттки с рабочим напряжением 1200 В поясняется на фиг. 1 (разрез) и на фиг. 2 (вид сверху).
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - сильнолегированная n+подложка;
2 - рабочий эпитаксиальный слой n-типа;
3 - планарный рабочий переход;
4 - металлизация;
4' - металлизация, покрытая полиимидом;
5 - слой оксида кремния;
5' - слой оксида кремния, покрытый полиимидом;
6 - полиимидный слой;
7 - контактная площадка;
8 - полоса скрайбирования;
а - расстояние защищенное полиимидом от края металлизации до полосы скрайбирования;
с - расстояние защищенное полиимидом от края контактной площадки до края металлизации;
d - расстояние защищенное полиимидом от края контактной площадки до полосы скрайбирования.
Слой оксида кремния 5 сформирован сухим термических окислением поверхности карбида кремния при температуре 1100°С. Металлизация 4 толщиной 4,1-4,3 мкм сформирована путем электронно-лучевого напыления алюминия. Полиимидный слой 6 толщиной 5 мкм наносится методом цетрофугирования с последующей сушкой.
Расчетное расстояние d для диода Шоттки с рабочим напряжением 1200 В, равно 300 мкм. Расстояние а, покрытое полиимидом от края металлизации 4 до полосы скрайбирования 8, равно 100 мкм. Расстояние с от края защищенной полиимидом части металлизации 4' до контактной площадки равно 200 мкм. Таким образом, за счет защиты полиимидным слоем 6 части металлизации 4' удалось увеличить изолированную область с 100 мкм до 300 мкм без увеличения размера кристалла. При этом контактная площадка 7 имеет размер 500×500 мкм, что позволяет проводить измерения несколькими зондами одновременно.
Claims (5)
- Полупроводниковый кристалл на основе карбида кремния, содержащий планарный рабочий переход, на котором сформирована металлизация, являющаяся контактной площадкой, с окружающим металлизацию защитным диэлектрический слоем на основе полиимида, полосу скрайбирования без металлических и диэлектрических покрытий, ограничивающую рабочую поверхность кристалла, отличающийся тем, что защитный диэлектрический слой на основе полиимида покрывает часть металлизации, при этом контактная площадка выполнена на расстоянии d от полосы скрайбирования,
- ,где
- U - значение прикладываемого напряжения;
- Е - значение критической напряженности поля для воздуха;
- К - коэффициент для приборов на основе карбида кремния, К=0,24е0,0008U.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142150U RU169376U1 (ru) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016142150U RU169376U1 (ru) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU169376U1 true RU169376U1 (ru) | 2017-03-16 |
Family
ID=58450015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016142150U RU169376U1 (ru) | 2016-10-26 | 2016-10-26 | Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU169376U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198647U1 (ru) * | 2020-04-03 | 2020-07-21 | Акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Маска для травления полиимидных защитных покрытий полупроводниковых приборов |
| RU208280U1 (ru) * | 2020-05-07 | 2021-12-13 | Акционерное общество "ВЗПП-Микрон" | Защитное покрытие полупроводникового прибора |
| RU218775U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2023-06-09 | Акционерное общество "ВЗПП-Микрон" | Защитное покрытие полупроводникового прибора |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090236611A1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device and method of making the same |
| JP2010003762A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 高耐圧半導体装置 |
| JP2014212146A (ja) * | 2013-04-17 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子、その製造方法および半導体装置 |
| RU156624U1 (ru) * | 2015-06-25 | 2015-11-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Мощный высоковольтный карбидкремниевый прибор |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
-
2016
- 2016-10-26 RU RU2016142150U patent/RU169376U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090236611A1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device and method of making the same |
| JP2010003762A (ja) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 高耐圧半導体装置 |
| JP2014212146A (ja) * | 2013-04-17 | 2014-11-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子、その製造方法および半導体装置 |
| RU156624U1 (ru) * | 2015-06-25 | 2015-11-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Мощный высоковольтный карбидкремниевый прибор |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198647U1 (ru) * | 2020-04-03 | 2020-07-21 | Акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Маска для травления полиимидных защитных покрытий полупроводниковых приборов |
| RU208280U1 (ru) * | 2020-05-07 | 2021-12-13 | Акционерное общество "ВЗПП-Микрон" | Защитное покрытие полупроводникового прибора |
| RU218775U1 (ru) * | 2022-04-28 | 2023-06-09 | Акционерное общество "ВЗПП-Микрон" | Защитное покрытие полупроводникового прибора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4796665B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| Chanana et al. | Fowler–Nordheim hole tunneling in p-SiC/SiO 2 structures | |
| US9356118B2 (en) | Metalization of a field effect power transistor | |
| RU169376U1 (ru) | Защитное покрытие полупроводникового прибора на основе карбида кремния | |
| JP6202944B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 | |
| Seok et al. | High on/off current ratio AlGaN/GaN MOS-HEMTs employing RF-sputtered HfO2 gate insulators | |
| Khan et al. | β-Ga2O3 thin film based lateral and vertical Schottky barrier diode | |
| Ataseven et al. | Temperature-dependent dielectric properties of Au/Si3N4/n-Si (metal—insulator—semiconductor) structures | |
| WO2000060670A3 (de) | Integrierte halbleitervorrichtung mit einem lateralen leistungselement | |
| US20150295048A1 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| Ivanov et al. | I-V characteristics of high-voltage 4 H-SiC diodes with a 1.1-eV Schottky barrier | |
| WO2016143020A1 (ja) | 放射線検出器およびそれを用いた放射線検出装置 | |
| Yuan et al. | 4H-SiC Schottky barrier diodes with semi-insulating polycrystalline silicon field plate termination | |
| Rescher et al. | Improved interface trap density close to the conduction band edge of a-Face 4H-SiC MOSFETs revealed using the charge pumping technique | |
| Shen et al. | Comparative study of electrical characteristics for n-type 4H–SiC planar and trench MOS capacitors annealed in ambient NO | |
| RU156624U1 (ru) | Мощный высоковольтный карбидкремниевый прибор | |
| Mortet et al. | Peculiarities of high electric field conduction in p-type diamond | |
| JP2021118334A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| Heuken et al. | Temperature dependent lateral and vertical conduction mechanisms in AlGaN/GaN HEMT on thinned silicon substrate | |
| JP5556731B2 (ja) | ウェーハの電気特性測定方法 | |
| Chiu et al. | High Thermal Stability of GaN Schottky Diode with Diamond-Like Carbon (DLC) Anode Design | |
| Christophersen et al. | Alumina, Al 2 O 3, layers as effective p-stops for silicon radiation detectors | |
| Theocharis et al. | Impact of dielectric film thickness on field emission in MEMS capacitive switches | |
| US11476340B2 (en) | Dielectric heterojunction device | |
| Gu et al. | Simulation of a novel integrated 4H-SiC temperature sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201027 |