RU172837U1 - Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния - Google Patents
Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU172837U1 RU172837U1 RU2017111520U RU2017111520U RU172837U1 RU 172837 U1 RU172837 U1 RU 172837U1 RU 2017111520 U RU2017111520 U RU 2017111520U RU 2017111520 U RU2017111520 U RU 2017111520U RU 172837 U1 RU172837 U1 RU 172837U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon carbide
- region
- epitaxial
- doping level
- layer
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 boron ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 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
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а именно - к конструкции элементов полупроводниковых выпрямительных приборов на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств. Техническим результатом полезной модели является повышение пробивного напряжения и стабилизация обратного тока. Диод с барьером Шоттки на основе карбида кремния состоит из сформированных в эпитаксиальном n-слое планарного рабочего перехода р-типа проводимости и охранной системы на основе n-области с уровнем легирования ниже, чем в эпитаксиальном слое, при этом на поверхности эпитаксиального слоя в n-области с низким уровнем легирования сформирована канавка глубиной 0,2-0,3 мкм. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а именно к конструкции элементов полупроводниковых выпрямительных приборов на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств.
Известен диод с барьером Шоттки на основе карбида кремния, состоящий из сформированных в эпитаксиальном n-слое планарного рабочего перехода р-типа проводимости и охранной системы на основе делительных колец, покрытой слоем оксида кремния (патент России RU 2390880, кл. H01L 29/872, опубликовано: 27.05.2010).
Слаболегированные кольца р-типа проводимости на периферии Шоттки контакта полностью обедняются при напряжении, несколько меньшем напряжения пробоя плоскопараллельного перехода. Зазоры между планарным рабочим переходом и первым кольцом, а также между кольцами подбираются таким образом, чтобы области пространственного заряда (ОПЗ) рабочего перехода и кольцевых переходов смыкались по мере увеличения напряжения на аноде, повышая напряжения пробоя.
При равных напряжениях ширина обедненной области карбида кремния примерно в 10 раз меньше, чем у кремния (6-7 мкм при напряжении 600В и 15-16 мкм при напряжении 1700В)
Недостатком охранной системы на основе делительных колец является то, что из-за разброса параметров режимов отжига и технологических погрешностей фотолитографии фактические значения напряжений пробоя могут быть меньше расчетных, так как области пространственного заряда делительных колец могут не смыкаться, а следовательно, часть колец не будет подключаться, что снижает напряжение пробоя диода.
В некоторых случаях кольца начинают смыкаться при напряжениях меньших, чем расчетное, что также неконтролируемо снижает пробивное напряжение полупроводникового прибора.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является диод с барьером Шоттки на основе карбида кремния, состоящий из сформированных в эпитаксиальном n-слое планарного рабочего перехода р-типа проводимости и охранной системы на основе n-области с уровнем легирования ниже, чем в эпитаксиальном слое (см. диссертацию Junction Barrier Schottky Rectifiers in Silicon Carbide., Fanny Dahlquist, KTH, Royal Institute of Technology Department of Microelectronics and Information Technology Stockholm, 2002, pp 50).
В эпитаксиальном слое n-типа локально формируют компенсированные р-примесью области с меньшей концентрацией n-примеси, повышая напряжение пробоя, при этом не увеличивая прямое падение напряжения. Так как концентрация примеси в эпитаксиальном слое локально уменьшается в области компенсированной р-примесью, то при подаче обратного напряжения эта область сильнее обедняется, повышая напряжение пробоя.
Недостатком охранной системы на основе n-области с низким уровнем легирования является то, что при ионной имплантации максимум распределения примеси находится не на поверхности полупроводника, а в глубине. Проводимость на поверхности выше, вследствие чего максимум напряженности электрического поля может быть на поверхности структуры (в плоскости металл-проводник), что увеличивает обратный ток и уменьшает пробивное напряжение.
В связи с этим прибегают к ступенчатому процессу. Более равномерное распределение примеси от поверхности вглубь обеспечивается несколькими ступенями имплантации при различных энергиях. Этот процесс лишь приближает максимум распределения примеси к поверхности и является сложным технологически из-за необходимости проведения нескольких последовательных операций ионной имплантации.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение пробивного напряжения и стабилизация обратного тока.
Указанный технический результат достигается тем, что диод с барьером Шоттки на основе карбида кремния состоит из сформированных в эпитаксиальном n-слое планарного рабочего перехода р-типа проводимости и охранной системы на основе n-области с уровнем легирования ниже, чем в эпитаксиальном слое, при этом на поверхности эпитаксиального слоя в n-области с низким уровнем легирования сформирована канавка глубиной 0,2-0,3 мкм.
При формировании канавки глубиной 0,2-0,3 мкм в n-области с низким уровнем легирования максимум распределения р-примеси будет на поверхности сформированной канавки, а следовательно, за счет компенсации поверхность канавки будет с минимальной концентрацией n-примеси по сравнению со всей слаболегированной областью.
При подаче обратного напряжения область максимального поля будет смещена в глубину полупроводника, исключая нарастание обратного тока. Таким образом, осуществляется повышение напряжения пробоя полупроводникового прибора.
Глубина максимума распределения зависит от энергии ионов, а также от эффективного диаметра атома примеси, так как значения энергий при ионной имплантации для карбида кремния лежат в диапазоне от 250 до 500 КэВ, а в качестве примеси используют бор или алюминий, то максимум р-примеси будет на глубине 0,2-0,3 мкм.
Количество введенной р-примеси необходимо контролировать, чтобы не произошла полная компенсация в эпитаксиальном n-слое из-за избытка примеси, что влечет смену электропроводности на противоположный р-тип.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведена структура диода Шоттки после операций ионного легирования. На фиг. 2 схематичная конструкция диода Шоттки (Uобр=1200В; Iпр=2А) с канавкой в n-области с низким уровнем легирования.
Позициями на фиг. 1, 2 обозначены:
1 - сильнолегированная подложка n+-типа;
2 - эпитаксиальный слой n-типа;
3 - планарный рабочий переход р-типа;
4 - n-область с низким уровнем легирования;
5 - канавка в n-области с низким уровнем легирования;
6 - слой оксида кремния;
7 - контакт Шоттки;
8 - омический контакт.
На карбидокремниевой подложке n+-типа проводимости 1 политипа 4Н формируют эпитаксиальный слой n--типа 2 толщиной 13 мкм с концентрацией примеси 8⋅1015 см-3. Имплантацией ионами бора с дозой 5⋅1015 см-2 с энергией 300 КэВ формируют планарный рабочий переход р-типа 3. Далее проводят ионное легирование бора с дозой 0,5⋅1013 см-2 и энергией 350 КэВ для формирования локальной n-области с низким уровнем легирования 4. После высокотемпературного отжига при температуре 1580°С планарный рабочий переход р-типа имеет глубину 0,8 мкм, а n-область с низким уровнем легирования глубину - 1,2 мкм.
Канавку в n-области с низким уровнем легирования 5 глубиной 0,25 мкм формируют травлением в индуктивно-связанной плазме с использованием маски из поликристаллического кремния. Затем всю эпитаксиальную структуру окисляют при температуре 1150°С до получения слоя оксида кремния 6 толщиной 0,2 мкм. Далее электронно-лучевым напылением титана формируют контакт Шоттки 7, а на обратной стороне пластины напылением никеля формируют омический контакт 8.
Ниже приведены результаты измерений диодов Шоттки, изготовленных на одинаковых эпитаксиальных структурах с одинаковыми режимами ионной имплантации.
В образце 1 структура выполнена без канавки в n-области с низким уровнем легирования; в образцах 2, 3, 4, 5 - различные размеры вытравленной канавки выполненной в локальной ионно-легированной n-области с низким уровнем легирования.
При глубине канавки менее 0,1 мкм концентрация р-примеси на поверхности по-прежнему меньше, чем в глубине n-области, следовательно, максимум поля может быть в плоскости металл-полупроводник, что влечет снижение стабильности работы диода. При глубине канавки более 0,3 мкм концентрация р-примеси также меньше возможной, так как область, на которую пришелся максимум распределения примеси, вытравлена.
Таким образом, экспериментально подтверждено, что предлагаемая конструкция повышает пробивное напряжение и стабилизирует обратный ток.
Claims (1)
- Диод с барьером Шоттки на основе карбида кремния, состоящий из сформированных в эпитаксиальном n-слое планарного рабочего перехода p-типа проводимости и охранной системы на основе n-области с уровнем легирования ниже, чем в эпитаксиальном слое, отличающийся тем, что на поверхности эпитаксиального слоя в n-области с низким уровнем легирования сформирована канавка глубиной 0,2-0,3 мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111520U RU172837U1 (ru) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111520U RU172837U1 (ru) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU172837U1 true RU172837U1 (ru) | 2017-07-26 |
Family
ID=59499082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017111520U RU172837U1 (ru) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU172837U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178705U1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-04-17 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |
| RU188679U1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-04-22 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Полупроводниковый прибор |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576973B2 (en) * | 1999-12-24 | 2003-06-10 | Stmicroelectronics S.A. | Schottky diode on a silicon carbide substrate |
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| US20140183554A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Hyundai Motor Company | Schottky barrier diode and method of manufacturing the same |
| WO2014184839A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 株式会社日立製作所 | 炭化珪素半導体装置 |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
-
2017
- 2017-04-05 RU RU2017111520U patent/RU172837U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576973B2 (en) * | 1999-12-24 | 2003-06-10 | Stmicroelectronics S.A. | Schottky diode on a silicon carbide substrate |
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| US20140183554A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Hyundai Motor Company | Schottky barrier diode and method of manufacturing the same |
| WO2014184839A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 株式会社日立製作所 | 炭化珪素半導体装置 |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Junction Barrier Schottky Rectifiers in Silicon Carbide. Fanny Dahlquist. KTH, Royal Institute of Technology Department of Microelectrnics and Information Technology Stockholm, 2002, p.50. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178705U1 (ru) * | 2017-11-28 | 2018-04-17 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |
| RU188679U1 (ru) * | 2018-12-25 | 2019-04-22 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Полупроводниковый прибор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9825145B2 (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device including forming an electric field control region by a laser doping technology | |
| JP5101985B2 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| JP7215898B2 (ja) | ワイドバンドギャップ半導体デバイスおよびワイドバンドギャップ半導体デバイスの形成方法 | |
| US8759935B2 (en) | Power semiconductor device with high blocking voltage capacity | |
| JP3895402B2 (ja) | 半導体デバイス | |
| US9349797B2 (en) | SiC devices with high blocking voltage terminated by a negative bevel | |
| JPH02264475A (ja) | 炭化珪素ショットキーダイオード及びその製造方法 | |
| CN105810754B (zh) | 一种具有积累层的金属氧化物半导体二极管 | |
| US11715769B2 (en) | Silicon carbide diode with reduced voltage drop, and manufacturing method thereof | |
| US9761706B2 (en) | SiC trench transistor and method for its manufacture | |
| CN108155225B (zh) | 恒流器件及其制造方法 | |
| Huang et al. | Simulation, fabrication and characterization of 6500V 4H-SiC JBS diode | |
| RU172837U1 (ru) | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния | |
| JP2024102269A (ja) | 半導体部品および半導体部品の製造方法 | |
| US9558933B2 (en) | Method for forming a semiconductor device | |
| RU157852U1 (ru) | Силовой диод шоттки на карбиде кремния | |
| CN109326654B (zh) | 快速恢复反向二极管 | |
| CN105957865A (zh) | 一种集成沟槽肖特基的mosfet | |
| US10971580B2 (en) | Silicon carbide schottky diodes with tapered negative charge density | |
| JP5476439B2 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| RU165463U1 (ru) | Высоковольтный диод на основе карбида кремния | |
| US10672883B2 (en) | Mixed trench junction barrier Schottky diode and method fabricating same | |
| CN104517961B (zh) | 整流器及其制造方法 | |
| RU140005U1 (ru) | Высоковольтный интегрированный шоттки-pn диод на основе карбида кремния | |
| RU178705U1 (ru) | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |