RU186986U1 - Моп-транзистор на основе карбида кремния - Google Patents
Моп-транзистор на основе карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU186986U1 RU186986U1 RU2018142565U RU2018142565U RU186986U1 RU 186986 U1 RU186986 U1 RU 186986U1 RU 2018142565 U RU2018142565 U RU 2018142565U RU 2018142565 U RU2018142565 U RU 2018142565U RU 186986 U1 RU186986 U1 RU 186986U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mos transistor
- silicon carbide
- cells
- type
- region
- Prior art date
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 5
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 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
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- 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)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных приборов, конкретно к конструкции мощного полевого МОП-транзистора на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств. Полезная модель обеспечивает уменьшение размера кристалла и повышение надежности транзистора. Это достигается тем, что МОП-транзистор на основе карбида кремния состоит из ячеек МОП-транзистора, ячеек диода Шоттки и делительных колец, сформированных на подложке n+-типа с эпитаксиальным слоем n-типа с легированными р- и n-типа областями, при этом диоды Шоттки сформированы в области первого делительного кольца МОП-транзистора. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных приборов, конкретно к конструкции мощного полевого МОП-транзистора на основе карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств.
Известна конструкция МОП-транзистора на основе карбида кремния, состоящего из ячеек МОП-транзистора сформированных на подложке n+-типа с эпитаксиальным слоем n-типа с легированными р- и n-типа областями /1/. Транзистор сформирован из массива гексагональных ячеек и делительных колец по периметру прибора. Кольца обеспечивают плавный градиент напряженности поля на периферии. Кольца р-типа проводимости полностью обедняются при напряжении, несколько меньшем напряжения пробоя плоскопараллельного перехода. Зазоры между кольцами подбираются таким образом, чтобы области пространственного заряда (ОПЗ) кольцевых переходов смыкались по мере увеличения напряжения, повышая стабильность пробивного напряжения полупроводникового прибора.
Одной из наиболее частых причин выхода из строя электронных устройств, включающих в себя МОП-транзисторы является превышение допустимого значения напряжения сток-исток. Так при переключении индуктивной нагрузки происходит перенапряжение, в результате которого превышается максимально допустимое напряжение сток-исток МОП-транзистора, что вызывает лавинный пробой полупроводника и разрушение транзистора.
Указанный недостаток устранен в конструкции МОП-транзистора на основе карбида кремния, состоящего из ячеек МОП-транзистора и ячеек диода Шоттки сформированных на подложке n+- типа с эпитаксиальным слоем n-типа с легированными р- и n-типа областями /2/.
Защита МОП-транзистора осуществляется включением защитного диода между стоком и истоком. Диод Шоттки интегрирован в кристалл МОП-транзистора, это улучшает частотные свойства так, как отсутствуют длинные проводники, а также снижаются затраты по сравнению с дискретными МОП-транзистором и диодом Шоттки. Диод Шоттки имеет высокое быстродействия, а, следовательно, малое время восстановления и малую емкость перехода, что позволяет повысить рабочую частоту.
Недостатком данной конструкции является значительное увеличение площади кристалла за счет зазоров между р-областями МОП-транзистора, в которых сформированы диоды Шоттки размером, достаточным для конкретного применения, а также из-за большего количества дополнительных литографий, что может снизить надежность и увеличивает стоимость изготовления.
Задачей полезной модели является уменьшение размера кристалла и повышение надежности, транзистора.
Это достигается тем, что МОП-транзистор на основе карбида кремния состоит из ячеек МОП-транзистора, ячеек диода Шоттки и делительных колец, сформированных на подложке n+- типа с эпитаксиальным слоем n-типа с легированными р- и n-типа областями, при этом диоды Шоттки сформированы в области первого делительного кольца МОП-транзистора.
Защитный диод формируется в области первого делительного кольца, поэтому не требуется дополнительная площадь кристалла для формирования контакта Шоттки. Делительное кольцо формируются одновременно с р-областями ячеек МОП-транзистора. В делительном кольце локально оставляют нелегированные участки эпитаксиального n-слоя являющиеся ячейками диода Шоттки. Металл Шоттки формируется как над р-кольцом, так и над нелегированными участками n-эпитаксиального слоя. При такой конструкции делительное кольцо повышает стабильность пробивного напряжения как МОП-транзистора, так и диода Шоттки. Также такая ячеистая структура Шоттки контакта позволяет предотвратить тепловой пробой прибора. Так, при приложении обратного напряжения носители заряда, могут стягиваться в шнуры. Плотность тока в шнурах может значительно превышать рабочую плотность, что приводит к локальному повышению температуры и выгоранию областей диода. При повышении температуры сопротивление легированных полупроводников между р областями растет до температуры вырождения. Так как сопротивление участка, где проходит шнур тока, повышается, то величина тока в шнуре уменьшается. То есть происходит отрицательная обратная связь между локальным шнурованием тока и сопротивлением участка шнурования. И таким образом значительно повышается устойчивость диода к высоким плотностям тока и высоким скоростям переключения.
На фиг. 1 приведена схематичная структура ячейки МОП-транзистора и части делительного кольца с диодом Шоттки в сечении, на фиг. 2 - вид сверху ячеек МОП-транзистора и части делительного кольца с диодом Шоттки, где:
1 - подложка n+-типа;
2 - эпитаксиальный слой n-типа;
3 - р-область ячейки МОП-транзистора;
4 - р-область делительного кольца;
5 - ячейки n-типа диода Шоттки;
6 - n+- область ячейки МОП-транзистора;
7 - подзатворный диэлектрик (SiO2);
8 - поликремниевый затвор;
9 - межслойный диэлектрик (SiO2);
10 - омический контакт к истоку (Ni);
11 - контакт Шоттки к делительному кольцу (Ti).
Прибор работает следующим образом. При подаче напряжения на поликремневый затвор 8, устройство находится в состоянии проводимости, в полупроводнике под затвором образуется канал в р-области 3 электроны протекают от - n+-области 6 через проводящий канал к эпитаксиальному слою n-типа 2. В режиме запирания напряжение падает на обедненной области р-n перехода (р-область 3 и n+-область 6), при этом р-область делительного кольца 4 снижает максимум напряженности поля, стабилизируя и увеличивая значение пробивного напряжения транзистора, а ячеистая структура диода Шоттки 5 защищает ячейки МОП-транзистора от пробоя, например при «выбросах» индуктивной нагрузки.
Изготовить МОП-транзистор с диодом Шоттки возможно на карбидокремниевой подложке n+-типа 1 с эпитаксиальным слоем n-типа 2 с концентрацией n примеси 8*1015 см-3. Далее зачищают поверхность ионами аргона, и проводят ионную имплантацию азота энергией 65 КэВ получая n+области 6 глубиной 0,25 мкм. Затем проводят имплантацию ионами алюминия с энергиями 500 КэВ и 200 КэВ формируя р-области 3 и 4 глубиной 0.6 мкм, при этом в р-области делительного кольца 4 оставляют нелегированные ячейки n-типа диода Шоттки. Активируют примеси высокотемпературным отжигом. Подзатворный диэлектрик 7 толщиной 40 нм сформирован сухим термических окислением поверхности карбида кремния при температуре 1100°С. Поликремниевый затвор 8 толщиной 460 нм формируют методом пиролиза моносилана при пониженном давлении и температуре 650°С. Межслойный диэлектрик 9, сформирован из оксида кремния толщиной 1,2 мкм. Омический контакт к истоку 10 сформирован напылением никеля толщиной 80 нм. Контакт Шоттки 11 формируется электронно-лучевым напылением из слоя титана толщиной 100 нм.
По сравнению с прототипом, предлагаемая конструкция МОП-транзистора на основе карбида кремния позволяет уменьшить размеры и повысить надежность прибора. Площадь кристалла меньше на 10-15% по сравнению с прототипом из отсутствия дополнительных зазоров между р-областями ячеек МОП-транзистора. Источники информации:
1. Нано- и микросистемная техника, Том 18, №5, 2016 стр. 308, - аналог.
2. Патент США №20130313570 - прототип.
Claims (1)
- МОП-транзистор на основе карбида кремния, состоящий из ячеек МОП-транзистора, ячеек диода Шоттки и делительных колец, сформированных на подложке n+-типа с эпитаксиальным слоем n-типа с легированными р- и n-типа областями, отличающийся тем, что диоды Шоттки сформированы в области первого делительного кольца МОП-транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142565U RU186986U1 (ru) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Моп-транзистор на основе карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142565U RU186986U1 (ru) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Моп-транзистор на основе карбида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU186986U1 true RU186986U1 (ru) | 2019-02-12 |
Family
ID=65442045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142565U RU186986U1 (ru) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Моп-транзистор на основе карбида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU186986U1 (ru) |
-
2018
- 2018-12-03 RU RU2018142565U patent/RU186986U1/ru active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10290732B2 (en) | High voltage semiconductor devices and methods of making the devices | |
| JP4900662B2 (ja) | ショットキーダイオードを内蔵した炭化ケイ素ｍｏｓ電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
| TWI441340B (zh) | 無需利用附加遮罩來製造的積體有肖特基二極體的平面ｍｏｓｆｅｔ及其佈局方法 | |
| JP6066219B2 (ja) | 低いソース抵抗を有する電界効果トランジスタデバイス | |
| US9577086B2 (en) | Semiconductor device | |
| US9087911B2 (en) | Trench shield connected JFET | |
| US9041173B2 (en) | Semiconductor device | |
| EP2610914B1 (en) | Semiconductor element | |
| JP4564510B2 (ja) | 電力用半導体素子 | |
| US8933466B2 (en) | Semiconductor element | |
| Uchida et al. | Novel SiC power MOSFET with integrated unipolar internal inverse MOS-channel diode | |
| JP6649183B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US8916881B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
| US20210305422A1 (en) | Sillicon carbide power mosfet with enhanced body diode | |
| JP6641488B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US10418476B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| DE112013002538T5 (de) | Halbleiterbauelement | |
| US20150279983A1 (en) | Semiconductor device | |
| US10872974B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN113421927B (zh) | 一种逆导SiC MOSFET器件及其制造方法 | |
| RU186986U1 (ru) | Моп-транзистор на основе карбида кремния | |
| US11018228B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| JP2004253510A (ja) | 半導体装置 | |
| CN115810656B (zh) | 碳化硅mosfet器件及其制备方法、芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200713 Effective date: 20200713 |