RU1699313C - Полупроводниковая структура - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к микроэлектронике, к биполярным транзисторам. Цель изобретения - повышение качества изделий за счет повышения пробивного напряжения и уменьшения обратного тока p-n-перехода между активными областями и подложкой. Периферийные области, образующие p-n-переходы с подложкой и между собой, расположены на расстоянии от активных областей, превышающем максимальную ширину объемного заряда p-n-перехода, но не более диффузионной длины неосновных носителей тока. 1 ил.

Description

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в конструкции биполярных, полевых дискретных транзисторов и интегральных схем.

Известна конструкция полупроводниковой транзисторной структуры, содержащая высокоомную подложку первого типа, в которой расположены активные области первого и второго типа проводимости, и охватывающая по периферии активные области и легированная примесью область второго типа проводимости, поверхностное диэлектрическое покрытие и токопроводящую разводку. Область второго типа - это так называемое полевое ограничительное (делительное) кольцо,
При обратном смещении основного p-n-перехода активных областей с подложкой указанная область находится под плавающим потенциалом. Расстояние между кольцом и основным p-n-переходом выбирается достаточно малым (менее максимальной ширины объемного заряда) с тем, чтобы обедненные области обоих p-n-переходов непосредственно перед лавинным пробоем сомкнулись. В результате этого напряженность электрического поля перед пробоем не достигает критического значения. Если напряжение p-n-перехода продолжать увеличивать, то общая область пространственного заряда огибает обе области и заметно уменьшает кривизну границы обедненной области основного p-n-перехода. В результате возрастает напряжение пробоя p-n-перехода, но уровень объемной составляющей тока неосновных носителей из периферийных областей структуры только увеличивается за счет увеличения общей площади p-n-перехода.

Наиболее близкой к описываемому техническому решению является конструкция полупроводниковой структуры, содержащая высокоомную подложку первого типа проводимости с активными областями первого и второго типов и расположенные в высокоомной подложке периферийные высоколегированные области первого типа и области второго типа проводимости, образующие между собой и с подложкой p-n-переходы, поверхностное диэлектрическое покрытие и токопроводящую разводку.

Периферийные области обоих типов проводимости располагают на расстоянии W_xW_y от активных областей, меньшем максимальной ширины объемного заряда p-n-перехода активных областей с высокоомной подложкой, что, естественно, понижает значительно уровень пробивного напряжения электронно-дырочного перехода. При этом достигаются другие цели: помехоустойчивость, согласованность и т. д.

Наличие контакта-перемычки между периферийной областью и подложкой выравнивает потенциал обеих областей и исключает экстракцию неосновных носителей тока из подложки, увеличивая, тем самым, уровень обратного тока основного p-n-перехода активных областей с подложкой.

Целью изобретения является повышение качества структуры за счет повышения пробивного напряжения и уменьшения обратного тока p-n-перехода между активными областями и подложкой.

На чертеже приведен поперечный разрез полупроводниковой структуры.

Биполярная транзисторная структура с составляющими ее элементами и размерами включает низкоомную подложку 1 и высокоомную часть подложки - коллекторную область 2, слой 3 определенной толщины, активные области: базовую область 4 второго p-типа и высоколегированную эмиттерную область 5 первого n-типа проводимости, поверхностное диэлектрическое покрытие 6, токопроводящую разводку 7, высоколегированную первого n-типа проводимости периферийную область 8, охватывающую активные области структур и расположенную на глубине залегания 9 от поверхности, максимальная ширина 10 объемного заряда коллекторного p-n-перехода 11 активной базовой области, неосновные носители тока (дырки 12) в высокоомной подложке 1, периферийную легированную примесью область 13 второго p-типа, расположенную на глубине 14 от поверхности и на расстоянии 15 от активных областей, превышающем максимальную ширину их объемного заряда, но не более диффузионной длины неосновных носителей тока в коллекторe; объемный заряд p-n-переходов 16 и 17 между периферийными областями второго p-типа и высокоомной частью полупроводниковой подложки и высоколегированной областью коллектора первого n-типа проводимости.

Пример конкретного выполнения полупроводниковой биполярной транзисторной структуры.

На низкоомной подложке кремния первого n-типа проводимости, легированной сурьмой до удельного сопротивления ρ= 0,01 Ом˙см, осажден, эпитаксиальным наращиванием высокоомный слой подложки кремния, служащий коллектором, того же n-типа. При этом толщина слоя 3, равная 15 мкм, и легирование его фосфором до удельного сопротивления ρ= 4,0 Ом˙см выбраны из условия превышения максимальной ширины 10 объемного заряда 11 в глубь подложки от активной базовой области.

С поверхности через диэлектрическое покрытие 6 диоксида кремния SiO₂ толщиной ≈ 0,8 мкм сформированы активные области структур: ионным легированием бора и последующим термическим перераспределением примеси на глубину ≈ 3,5 мкм базовая область 4 второго p-типа проводимости с поверхностной концентрацией 7˙10¹⁸ см^-3 и диффузионным легированием фосфора на глубину ≈2,3 мкм с поверхностной концентрацией 6˙10²⁰ см^-3 - эмиттерная область 5.

Одновременно с активными областями структур через поверхностное диэлектрическое покрытие 6 сформированы периферийные области 8 и 13, охватывающие активные области. Вначале, одновременно с базовой областью 4 сформирована на расстоянии 20-130 мкм, например 25 мкм, превышающем максимальную ширину 10, равную 14 мкм, объемного заряда перехода 11 коллектор-база, но не более диффузионной длины, равной ≈ 110 мкм, неосновных носителей тока в коллекторе (дырок 12) и на глубину 14, легированная примесью область 13 противоположного коллекторной области 2 второго p-типа проводимости.

Одновременно с эмиттерной областью 5 через поверхностное маскирующее диэлектрическое покрытие 6 диоксида кремния сформирована периферийная высоколегированная область 8 первого n-типа проводимости. Область 8 также охватывает активную базовую область 4 и расположена на расстоянии 20 мкм, превышающем максимальную ширину 10 объемного заряда 11 перехода коллектор-база.

Две периферийные области 8 и 13 образуют p-n-переход с контактной разностью потенциалов, в основном определяемой максимальной концентрацией примеси в области 13. Периферийная область 13 отделена от высокоомной коллекторной области 2 обратно смещенным p-n-переходом 16 большей ширины, но с меньшей контактной разностью потенциалов или потенциальным барьером, определяемым концентрацией примеси в подложке 1.

Работает устройство следующим образом.

При подаче обратного напряжения смещения на переход коллектор-база в схеме применения транзистора с общей базой или обратного напряжения смещения на переход коллектор-эмиттер через p-n-переход протекает обратный ток утечки, формируемый потоком электронов из базовой области 4 и дырок 12 из n-коллекторной области 2.

Поскольку в планарном диффузионном транзисторе, например, n⁺-p-n-типа концентрация основных носителей дырок в p-базе значительно превышает концентрацию основных носителей электронов в n-коллекторе, то концентрация неосновных носителей электронов в p-базе значительно меньше концентрации неосновных носителей дырок в n-коллекторе. В результате, формирование обратного тока утечки коллекторного p-n-перехода определяется в основном дырочной составляющей тока.

При разогреве полупроводниковой структуры увеличивается генерация дырок, которые в силу высокого времени жизни в высокоомной подложке-коллекторе от периферии кристалла доходят до основного p-n-перехода 11, где их подхватывает ускоряющее поле, увеличивая тем самым уровень токов утечек.

Неосновные носители тока (дырки 12) периферийной области высокоомной коллекторной области 2, попадая в поле обратного смещенного n-p-перехода 16, перемещаются в область 13 и далее через ускоряющее их движение за счет градиентного распределения основной p-примеси к границе с высоколегированной областью коллектора, где и рекомбинируют с неосновными носителями-электронами, инжектируемыми в область 13 p-n-переходом 17 в соответствии с уравнением электронейтральности.

Таким образом, часть генерируемых в области 2 неосновных носителей тока (дырок 12) поглощается периферийной областью 13, но поскольку периферия занимает значительную площадь полупроводниковой структуры, и вклад в снижение уровня утечек p-n-перехода активных областей с высокоомной подложкой оказывается значительным.

Утечка коллекторного p-n-перехода без подключения указанных периферийных областей 8, 13 к активным областям структур составляет ≈ 12 нА.

Конкретный пример исполнения по изобретению с отдаленностью периферийной области 8 от активных областей на расстояние ≈130 мкм позволяет уменьшить уровень токов утечек до 8-9 нА. Приближение периферийных областей до 25 мкм позволяет более эффективно применять предложенную конструкцию полупроводниковой структуры, позволяющую уменьшить уровень утечек до 4-5 нА. (56) Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов. Л. : Энергоатомиздат. 1986, с, 37, рис. 4.1.

Заявка Японии N 63-48192, кл. Н 01 L 29/72, 1988.

Claims (1)

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СТРУКТУРА , содеpжащая высокоомную подложку пеpвого типа с активными областями пеpвого и втоpого типов пpоводимости и pасположенные в подложке пеpифеpийные высоколегиpованную область пеpвого типа и область втоpого типа пpоводимости, обpазующие между собой и с подложкой p-n-пеpеходы, повеpхностное диэлектpическое покpытие и токопpоводящую pазводку, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества стpуктуpы за счет повышения пpобивного напpяжения и уменьшения обpатного типа p-n-пеpехода между активными областями и подложкой, пеpифеpийные области pасположены на pасстоянии от активных областей, пpевышающем максимальную шиpину объемного заpяда p-n-пеpехода активных областей с подложкой, но не более диффузионной длины неосновных носителей тока в подложке, пpичем на повеpхности области втоpого типа пpоводимости и пpилегающих к ней участков высокоомной подложки выполнено диэлектpическое покpытие.

Images