RU178705U1 - Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния - Google Patents
Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU178705U1 RU178705U1 RU2017141473U RU2017141473U RU178705U1 RU 178705 U1 RU178705 U1 RU 178705U1 RU 2017141473 U RU2017141473 U RU 2017141473U RU 2017141473 U RU2017141473 U RU 2017141473U RU 178705 U1 RU178705 U1 RU 178705U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- dividing rings
- depth
- epitaxial
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 10
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-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
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 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
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 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
- 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
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
- H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
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)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а конкретно - к конструкции выпрямительных полупроводниковых приборов на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств. Техническим результатом полезной модели является стабилизация обратного тока. Указанный технический результат достигается тем, что полупроводниковый прибор на основе карбида кремния, состоит из планарного рабочего перехода p-типа проводимости, сформированного в эпитаксиальном n-слое и охранной системы на основе делительных колец, покрытой слоем оксида кремния, при этом, в области делительных колец сформирована канавка глубиной 0,2-0,4 мкм, проходящая по внешнему краю планарного рабочего перехода p-типа и выступающая за пределы делительных колец на расстояние 1-1,5 глубины эпитаксиального слоя. 2 ил.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а конкретно - к конструкции выпрямительных полупроводниковых приборов на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств.
Известен полупроводниковый прибор на основе карбида кремния, состоящий из планарного рабочего перехода p-типа проводимости, сформированного в эпитаксиальном n-слое и охранной системы, покрытой слоем оксида кремния. (См. диссертацию Junction Barrier Schottky Rectifiers in Silicon Carbide., Fanny Dahlquist, KTH, Royal Institute of Technology Department of Microelectronics and Information Technology Stockholm, 2002). Охранная система данного полупроводникового прибора использует слаболегированное кольцо p-типа проводимости на периферии Шоттки-контакта, которое полностью обедняется при напряжении, несколько меньшем напряжения пробоя. Эта охранная система называется JTE-кольцо (Junction Termination Extension). JTE-кольца формируют, как правило, с помощью ионной имплантации алюминия при повышенной температуре (500 градусов Цельсия и выше). Однако эта конструкция является сложной технологически из-за необходимости проведения двух операций ионной имплантации и требует высокой воспроизводимости дозы легирования.
Указанный недостаток устранен в конструкции планарного полупроводникового прибора на основе карбида кремния, состоящего из планарного рабочего перехода p-типа проводимости, сформированного в эпитаксиальном n-слое и охранной системы на основе делительных колец, покрытой слоем оксида кремния (патент России RU 2390880, кл. H01L 29/872 опубликовано: 27.05.2010). Данная конструкция взята за прототип предлагаемой полезной модели.
Охранная структура состоит из основного p-перехода и делительных колец. Слаболегированные кольца p-типа проводимости на периферии Шоттки контакта полностью обедняются при напряжении, несколько меньшем напряжения пробоя плоскопараллельного перехода. При увеличении обратного напряжения область пространственного заряда расширяется как вглубь, так и латерально. В результате уменьшается пространственная кривизна и напряженность поля на поверхности, что повышает значение напряжения пробоя.
Когда примеси вводят в материал через вскрытое окно маски, то получают легирование на определенную глубину. Ширина легированной области получается несколько больше, чем вскрытое окно - примесь распространяется по бокам ограниченной области. При ионной имплантации максимум распределения примеси находится не на поверхности полупроводника, а в глубине. Таким образом, максимум ширины кольца и максимум концентрации p-примеси находятся в эпитаксиальном слое на глубине 0,2-0,4 мкм. На поверхности эпитаксиального слоя делительные кольца сужаются до размеров маски. При приложении обратного напряжения линии напряженности имеют максимум кривизны на краях делительных колец на поверхности эпитаксиального слоя.
Таким образом, максимум напряженности электрического поля приходится на края делительных колец на поверхности, что снижает стабильность полупроводникового прибора, увеличивая обратный ток.
Техническим результатом полезной модели является стабилизация обратного тока.
Указанный технический результат достигается тем, что полупроводниковый прибор на основе карбида кремния, состоит из планарного рабочего перехода p-типа проводимости, сформированного в эпитаксиальном n-слое и охранной системы на основе делительных колец, покрытой слоем оксида кремния, при этом, в области делительных колец сформирована канавка глубиной 0,2-0,4 мкм, проходящая по внешнему краю планарного рабочего перехода p-типа и выступающая за пределы делительных колец на расстояние 1-1,5 глубины эпитаксиального слоя.
При формировании канавки в области делительных колец глубиной 0,2-0,4 мкм, вытравливается более узкая часть делительного кольца, таким образом, на поверхность приходится максимум ширины делительного кольца. Это позволяет исключить загиб линий напряженности поля на краях делительных колец на поверхности эпитаксиального слоя.
Дополнительно вытравленная область, выступающая за пределы делительных колец на расстояние 1-1,5 глубины эпитаксиального слоя, необходима для более равномерного распределения напряженности поля вблизи поверхности. При расстоянии меньшем, чем толщина эпитаксиального слоя велика вероятность пика напряженности поля на краю вытравленной канавки, что может уменьшить напряжение пробоя полупроводникового прибора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 приведена структура диода Шоттки после операций ионного легирования. На фиг. 2 схематичная конструкция диода Шоттки на карбиде кремния (Uобр=1700 В; Iпр=1 А) 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 p-типа;
4 - делительные кольца;
5 - канавка в области делительных колец;
6 - слой оксида кремния;
7 - контакт Шоттки;
8 - омический контакт.
На сильнолегированной подложке n+-типа проводимости 1 политипа 4Н формируют эпитаксиальный слой n--типа 2 толщиной 13 мкм с концентрацией примеси 3⋅1015 см-3. Далее проводят ионное легирование бора с дозой энергией 450 КэВ с последующим отжигом при температуре 1600°C для формирования планарного рабочего перехода p-типа 3 и делительных колец 4. Далее формируют канавку в области делительных колец 5 путем травления соединениями фтора (SF6) в индуктивно-связанной плазме. Затем всю эпитаксиальную структуру окисляют при температуре 1150°C до получения слоя оксида кремния 6 толщиной 0,2 мкм. Далее электроннолучевым 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 с делительными кольцами без травления канавки. В образце 2 размеры сформированной канавки не удовлетворяют предлагаемой конструкции (глубина 0,5 мкм, выступ за пределы делительных колец 0,4 глубины эпитаксиального слоя). Образец 3 удовлетворяет предлагаемой конструкции (глубина 0,3 мкм, выступ за пределы делительных колец равен глубине эпитаксиального слоя).
Таким образом, экспериментально подтверждено, что предлагаемая конструкция повышает стабильность диода.
Claims (1)
- Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния, состоящий из планарного рабочего перехода р-типа проводимости, сформированного в эпитаксиальном n-слое и охранной системы на основе делительных колец, покрытой слоем оксида кремния, отличающийся тем, что в области делительных колец сформирована канавка глубиной 0,2-0,4 мкм, проходящая по внешнему краю планарного рабочего перехода р-типа и выступающая за пределы делительных колец на расстояние 1-1,5 глубины эпитаксиального слоя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141473U RU178705U1 (ru) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017141473U RU178705U1 (ru) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU178705U1 true RU178705U1 (ru) | 2018-04-17 |
Family
ID=61974840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017141473U RU178705U1 (ru) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU178705U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| CN203579375U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-05-07 | 威海中复西港船艇有限公司 | 玻璃钢构件表面打磨器 |
| RU147303U1 (ru) * | 2014-05-27 | 2014-11-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Высоковольтный полупроводниковый прибор |
| RU165463U1 (ru) * | 2016-03-15 | 2016-10-20 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Высоковольтный диод на основе карбида кремния |
| RU172837U1 (ru) * | 2017-04-05 | 2017-07-26 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния |
-
2017
- 2017-11-28 RU RU2017141473U patent/RU178705U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| CN203579375U (zh) * | 2013-12-10 | 2014-05-07 | 威海中复西港船艇有限公司 | 玻璃钢构件表面打磨器 |
| RU147303U1 (ru) * | 2014-05-27 | 2014-11-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Высоковольтный полупроводниковый прибор |
| RU165463U1 (ru) * | 2016-03-15 | 2016-10-20 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Высоковольтный диод на основе карбида кремния |
| RU172837U1 (ru) * | 2017-04-05 | 2017-07-26 | Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5101985B2 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| US10157979B2 (en) | High voltage semiconductor device with reduced peak electric field in active and termination areas of the device | |
| DE69716597D1 (de) | Schottkybarriere gleichrichter | |
| Schoen et al. | A dual-metal-trench Schottky pinch-rectifier in 4H-SiC | |
| US8269262B2 (en) | Vertical junction field effect transistor with mesa termination and method of making the same | |
| US9368650B1 (en) | SiC junction barrier controlled schottky rectifier | |
| US9349797B2 (en) | SiC devices with high blocking voltage terminated by a negative bevel | |
| US9755014B2 (en) | Semiconductor device with substantially equal impurity concentration JTE regions in a vicinity of a junction depth | |
| JP2023145533A (ja) | ショットキーダイオードのｍｏｓｆｅｔとの集積化 | |
| US9761706B2 (en) | SiC trench transistor and method for its manufacture | |
| Huang et al. | Simulation, fabrication and characterization of 6500V 4H-SiC JBS diode | |
| Lin et al. | Simulation and experimental study of 3-step junction termination extension for high-voltage 4H-SiC gate turn-off thyristors | |
| RU172837U1 (ru) | Диод с барьером шоттки на основе карбида кремния | |
| RU157852U1 (ru) | Силовой диод шоттки на карбиде кремния | |
| JP5476439B2 (ja) | ジャンクションバリアショットキーダイオード | |
| RU178705U1 (ru) | Полупроводниковый прибор на основе карбида кремния | |
| RU165463U1 (ru) | Высоковольтный диод на основе карбида кремния | |
| CN104517961B (zh) | 整流器及其制造方法 | |
| RU140005U1 (ru) | Высоковольтный интегрированный шоттки-pn диод на основе карбида кремния | |
| US20160126308A1 (en) | Super-junction edge termination for power devices | |
| JP2020500429A (ja) | フローティングフィールドリング終端を有するパワー半導体装置 | |
| RU147303U1 (ru) | Высоковольтный полупроводниковый прибор | |
| EP2849232A2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| Kong et al. | A SiC sidewall enhanced trench JBS diode with improved forward performance | |
| Deng et al. | A near ideal edge termination technique for ultrahigh-voltage 4H-SiC devices with multi-zone gradient field limiting ring |