RU2683377C1 - Усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом шоттки - Google Patents

Усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом шоттки Download PDF

Info

Publication number
RU2683377C1
RU2683377C1 RU2017141853A RU2017141853A RU2683377C1 RU 2683377 C1 RU2683377 C1 RU 2683377C1 RU 2017141853 A RU2017141853 A RU 2017141853A RU 2017141853 A RU2017141853 A RU 2017141853A RU 2683377 C1 RU2683377 C1 RU 2683377C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
region
conductivity
type
gradient
diffusion
Prior art date
Application number
RU2017141853A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаэль РЕШКЕ
Original Assignee
Диотек Семикондактор Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Диотек Семикондактор Аг filed Critical Диотек Семикондактор Аг
Application granted granted Critical
Publication of RU2683377C1 publication Critical patent/RU2683377C1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
    • 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
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66143—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
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates

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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Полупроводниковый прибор (12) с диодом Шоттки, содержащий охранную кольцевую структуру, эпитаксиальный слой (4) и эпитаксиальную подложку (7). Диод имеет диффузионную область (31) второго типа проводимости, которая образует плавный np-переход с градиентом концентрации более высоколегированного слоя одновременной диффузии первого типа проводимости. Снаружи концентрически с диффузионной областью (31) второго типа проводимости расположено охранное кольцо (32) таким образом, что боковое расстояние между охранным кольцом (32) и диффузионной областью (31) второго типа проводимости больше, чем полученная из толщины эпитаксиального слоя (4) постоянного легирования и толщины слоя градиентной области (6) суммарная толщина слоев. Изобретение обеспечивает получение прибора с диодом Шоттки, который имеет более высокую плотность тока и сниженные остаточные токи в режиме запирания, недорог в изготовлении и компактен. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к улучшенному полупроводниковому прибору с диодом Шоттки, который при сохранении электрических характеристик имеет более высокую плотность тока по сравнению с известными техническими решениями и который может быть получен с меньшими затратами.
Полупроводниковые приборы с диодами Шоттки достаточно хорошо известны в уровне техники, например, из патента US 4206540 A1. Вообще говоря, они представляют собой полупроводниковые элементы, которые содержат переход металл-полупроводник в качестве базовой структуры и основные электронные свойства которых определяются этим переходом.
В отличие от также широко известных диодов с p-n-переходами, полупроводниковые приборы с диодами Шоттки имеют меньшие по сравнение с ними обратные напряжения. Кроме того, обычно из-за четко выраженных запрещенных зон достижимые напряжения пробоя у таких полупроводниковых приборов с диодами Шоттки значительно ниже, чем у p-n-диодов. Обычно для улучшения характеристик пробоя в эпитаксиальный слой методом диффузии вводят охранное кольцо (по-английски guard ring). Такое охранное кольцо описано, например, в DE 19939484 A1.
Как общее правило, для улучшения эффективности по току наносят требующийся для получения барьера Шоттки слабее легированный полупроводниковый слой первого легирования или первого типа проводимости на высоколегированную или более высоколегированную подложку с таким же легированием или таким же типом проводимости.
В обычном случае ограничение максимальной нагрузки по напряжению происходит путем введения лежащего параллельно барьеру Шоттки p-n-перехода, который создают путем диффузии через область второго типа легирования или второго типа проводимости и который кольцеобразно окружает барьер Шоттки.
Однако при этом возникает тот недостаток, что при приложении обратного перенапряжения, которое превышает безопасный диапазон напряжений, может произойти разрушение диода.
Кроме того, из принадлежащего уровню техники патента US 6177712 известно, что слаболегированное охранное кольцо второго типа проводимости способствует расширению электрического поля в критической области, из-за чего позднее происходит пробой.
На решение этих проблем направлены документы DE 10 2009 056 603 A1 и DE 10 2009 018 971 A1, в которых описаны полупроводниковые приборы с диодами Шоттки, имеющие улучшенные стойкости к обратному току. При этом имеет место, в частности, вертикальный p,n(+)-переход от охранного кольца второго типа проводимости через эпитаксиальный слой первого типа проводимости в более высоколегированную эпитаксиальную подложку первого типа проводимости. При этом происходит расширение зоны объемного заряда в вертикальном направлении из-за квазилинейного перехода в первую очередь в p-область, соответствующую области второго типа проводимости.
Кроме того, в охранное кольцо вблизи поверхности имплантируется более высоколегированный, обогащенный слой второго типа проводимости, соответствующий p(+)-области, чтобы ограничить проникновение зоны объемного заряда сбоку в область второго типа проводимости, соответствующую p.
Для этого в DE 10 2009 056 603 A1 используется требуемый для p(+)-имплантации тормозной оксид, благодаря чему нанесение LTO/CVD-слоя становится ненужным.
В DE 10 2009 018 971 A1 электрическое поле в ближней приповерхностной области диффузионной области расширяют посредством линеаризующего кольца. Эту дополнительно введенную область можно для улучшения выравнивания потенциала в охранном кольце соединить с расположенным выше линеаризующего кольца металлическим слоем, за счет чего вследствие эквилинеаризации электрического поля вдоль области второго типа проводимости достигается повышение стойкости к ударному току в обратном режиме.
С одной стороны, этот аналог имеет тот недостаток, что конструкции указанных полупроводниковых приборов с диодом Шоттки требуют специальных и тем самым экономически затратных этапов обработки, причем повышенная стойкость к обратному току должна достигаться при одновременной минимизации падения прямого напряжения. С другой стороны, при таких конструкциях плотности тока являются более низкими, так что такое строение оказывается более надежным, в соответствии с чем снижаются высокие затраты на производство.
Поэтому перед изобретением стоит задача разработать усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом Шоттки, который имеет более высокую плотность тока и сниженные остаточные токи в режиме запирания, недорог в изготовлении и компактен.
Эта задача решена тем, что в полупроводниковом приборе с диодом Шоттки, содержащем охранную кольцевую структуру, эпитаксиальный слой и эпитаксиальную подложку, образована диффузионная область второго типа проводимости с градиентом концентрации, которая образует плавный n,p-переход с более высоколегированным слоем одновременной диффузии первого типа проводимости.
Это ведет к повышению концентрации в эпитаксиальной области, положительному градиенту концентрации в направлении эпитаксиальной подложки и тем самым сопровождается уменьшением эффективного сопротивления в прямом направлении. Кроме того, уменьшается глубина проникновения области второго типа проводимости и происходит распространение зоны объемного заряда частично в область второго типа проводимости, соответствующую p, и более высоколегированную градиентную область первого типа проводимости, соответствующую градиенту n (grad n).
Один предпочтительный вариант осуществления может предусматривать, что в диффузионной области 31 второго типа проводимости образована вблизи поверхности высоколегированная область 8, причем поперечный размер высоколегированной области 8 выполнен таким, что исключается боковое ограничение расширения зоны обеднения. Таким образом, не происходит ограничения расширения зоны обеднения в область второго типа проводимости, соответствующую p. Максимальное расширение зоны обеднения в более высоколегированную область второго типа проводимости, соответствующую p(+), предотвращается. Разница между поперечной и вертикальной диффузией компенсируется благодаря строению высоколегированной области второго типа проводимости, соответствующей p(+).
Далее, можно предусмотреть, чтобы охранное кольцо таким образом располагалось снаружи концентрически с диффузионной областью второго типа проводимости, что расстояние по вертикали между охранным кольцом и диффузионной областью второго типа проводимости больше, чем полученная из постоянной толщины остаточного эпитаксиального слоя и толщины слоя градиентной области суммарная толщина слоя.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы имелось поперечное сечение A со структурой n, p, p(+), p, n и/или вертикальное сечение B со структурой p(+), p, n, grad n, n(+).
В одном варианте реализации изобретения можно также предусмотреть, чтобы в более высоколегированной области второго типа проводимости находилась дополнительная, еще более высоколегированная область второго типа проводимости. В этом случае можно предусмотреть, чтобы имелось поперечное сечение A со структурой n, p, p(+), p(++), p(+), p, n и/или вертикальное сечение B со структурой p(++), p(+), p, grad n, n(+).
Далее, изобретение может быть реализовано таким образом, что полупроводниковый прибор имеет диод Шоттки, который содержит область первого типа проводимости, более высоколегированную область первого типа проводимости и по меньшей мере одну область второго типа проводимости, в которой расположена более высоколегированная область второго типа проводимости, причем область второго типа проводимости расположена по меньшей мере частично внутри области первого типа проводимости и переходной области первого типа проводимости между областью первого типа проводимости и более высоколегированной областью первого типа проводимости, причем эта переходная область имеет градиент концентрации.
Область первого типа проводимости может быть выполнена как эпитаксиальный слой и, в частности, как эпитаксиальный n-слой. Более высоколегированная область первого типа проводимости может быть выполнена как эпитаксиальная подложка. Область второго типа проводимости может быть выполнена как диффузионная область.
Во всех случаях изобретение предусматривает также, что первый и второй типы проводимости могут соответствующим образом применяться наоборот. Равным образом, переходная область может быть выполнена как градиентная область.
Диффузионная область второго типа проводимости может образовать n,p-переход, а предпочтительно – плавный n,p-переход, с градиентом концентрации более высоколегированного слоя одновременной диффузии первого типа проводимости. Допустимо также, что вместо плавного n,p-перехода образуется плавный n(+),p-переход.
Далее, область второго типа проводимости может быть расположена не контактирующей с более высоколегированной областью первого типа проводимости. В контексте изобретения область второго типа проводимости может располагаться преимущественно в области первого типа проводимости.
Кроме того, изобретением может предусматриваться, что по меньшей мере в части области первого типа проводимости расположено по меньшей мере одно охранное кольцо. Предпочтительно, указанное по меньшей мере одно охранное кольцо можно расположить концентрически с указанной по меньшей мере одной областью второго типа проводимости.
Кроме того, особенно предпочтительно, если указанное по меньшей мере одно охранное кольцо второго типа проводимости расположено на расстоянии от указанной по меньшей мере одной области второго типа проводимости, большем или равном толщине слоя области первого типа проводимости и/или большем или равном сумме толщины слоя области первого типа проводимости и толщины слоя переходной области. Изобретением может предусматриваться, что область первого типа проводимости имеет равную или большую толщину по сравнению с более высоколегированной областью первого типа проводимости.
В одном варианте осуществления полупроводникового прибора по изобретению можно предусмотреть, что эффективная толщина эпитаксиального слоя составляет l-10 мкм.
В одном варианте осуществления полупроводниковый прибор при эффективной толщине эпитаксиального слоя 2 мкм и удельном сопротивлении эпитаксиального слоя 1 Ом·см имеет сопротивление в прямом направлении от 20 до 30 мОм·мм2, включая потери в подложке с примерно 300 мкм/3 мОм·см. С изменением толщины эпитаксиального слоя соответственно могут изменяться дифференциальные сопротивления.
Изобретением может также предусматриваться способ получения полупроводникового прибора с диодом Шоттки, который содержит n,p-переход, а предпочтительно плавный n,p-переход, при котором между областью первого типа проводимости и более высоколегированной областью первого типа проводимости вводят переходную область первого типа проводимости с градиентом концентрации.
Кроме того, изобретение может предусматривать способ, при котором для образования охранной кольцевой структуры вводят диффузионную область второго типа легирования в однородно легированную область вплоть до снабженной градиентом концентрации области первого типа проводимости на высококонцентрированной эпитаксиальной подложке первого типа проводимости.
Предпочтительно, при этом способе в по меньшей мере одну область первого типа проводимости вводят по меньшей мере одно охранное кольцо. Указанное по меньшей мере одно охранное кольцо можно предпочтительно ввести концентрически, а особенно предпочтительно – снаружи концентрически с охранным кольцом и/или областью второго типа проводимости, таким образом, чтобы расстояние между охранным кольцом и/или областью второго типа проводимости и охранным кольцом было больше, чем толщина слоя области первого типа проводимости или суммарная толщина слоя области первого типа проводимости и переходной области. Заявлены все вышеуказанные признаки, в частности, предпочтительные варианты осуществления, которые способствуют оптимизации решения стоящей перед изобретением задачи.
Кроме того, изобретение относится к способу получения диода Шоттки, в соответствии с которым на первом технологическом этапе проводят окисление подложки с эпитаксиальным слоем, использующейся в качестве исходного продукта, для подготовки к фотолитографическому процессу и для пассивации перед последующим высокотемпературным этапом.
При этом происходит уменьшение толщины слоя эпитаксиальной области постоянного легирования с примерно 0,5 мкм до примерно 0,3 мкм.
На следующем фотоэтапе открывают оксидное окно для имплантации бора, и перед имплантацией создают тонкий оксид.
При этом существенно, что используются значительно меньшие концентрации имплантации с дозой примерно 3·1013/мкм при энергии 50 кэВ.
Вместе с диффузией бора и формированием плавного n,p-перехода происходит дальнейшее уменьшение толщины остаточной области постоянного легирования до примерно 0,1 мкм, что обусловлено дополнительной диффузией градиента от подложки в направлении поверхности.
В процессе одновременной диффузии происходит диффузия бора как через эпитаксиальную область постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область.
В то же время происходит одновременная диффузия носителей из подложки в направлении, противоположном направлению диффузии бора.
Кроме того, происходит вертикальное размытие разности концентрации (градиента) на участке пути в направлении эпитаксиальной области постоянного легирования, которая уменьшается до примерно 0,1 мкм.
После этого проводят дополнительный фотоэтап с имплантацией бора, что дает приповерхностное p(+) повышение концентрации бора. Следующая за этим активация носителей осуществляется с помощью кратковременного температурного этапа.
Затем посредством фотоэтапа открывают область контакта барьера Шоттки. Затем следует этап металлизации для создания барьера Шоттки и металлизации контактов.
Кроме того, изобретение относится также к способу получения диода Шоттки из исходного продукта, который содержит по меньшей мере одну n(+)-подложку, градиентную эпитаксиальную область и эпитаксиальную область постоянного легирования.
При этом способ согласно изобретению отличается тем, что вводят методом диффузии бор и образуют плавный n,p-переход, а также предпочтительно протекают процессы одновременной диффузии,
- причем диффузия бора происходит как через эпитаксиальную область постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область;
- причем предпочтительно происходит одновременная диффузия из n(+)-подложки в направлении, противоположном направлению диффузии бора как через эпитаксиальную область постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область, и
- причем происходит вертикальное размытие градиента на участке пути в направлении, противоположном направлению диффузии бора как через эпитаксиальную область постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область.
В результате можно получить оптимизированный диод Шоттки со сниженным сопротивлением в прямом направлении. Отсюда следует, что можно изготовить соответствующий диод Шоттки с меньшими габаритными размерами. Тем самым можно расширить область применения таких диодов Шоттки.
Предлагаемый изобретением способ получения диода Шоттки с пониженным сопротивлением в прямом направлении предусматривает уменьшение эпитаксиальной области постоянного легирования за по меньшей мере два этапа, при этом один этап – этап окисления, а еще один этап – по меньшей мере один процесс диффузии, предпочтительно одновременной.
Изобретение может предусматривать, что при первом уменьшении толщину слоя эпитаксиальной области постоянного легирования снижают с примерно 0,5 мкм до примерно 0,3 мкм, а при втором уменьшении снижают с 0,3 мкм до примерно 0,1 мкм.
Кроме того, заявлен диод Шоттки, который получен способом по изобретению.
Изобретение относится также к диоду Шоттки, содержащему металлизацию контактов, барьер Шоттки, n(+)-подложку, градиентную эпитаксиальную область, эпитаксиальную область постоянного легирования, оксид, p(+)-область и p-область и отличающемуся тем, что эпитаксиальная область постоянного легирования имеет толщину слоя примерно 0,1 мкм, а градиентная эпитаксиальная область имеет толщину слоя примерно 2 мкм.
Подобный диод Шоттки по изобретению имеет сниженное сопротивление в прямом направлении и соответственно повышенную плотность тока. Соответственно, можно уменьшить габаритный размер такого диода Шоттки.
К примеру, но без ограничений, характеристическое сопротивление в прямом направлении градиентного слоя диода Шоттки, имеющего толщину слоя эпитаксиальной области постоянного легирования примерно 0,1 мкм, в случае класса напряжений 40 В снижается до примерно 15 мОм·мм2.
Включая характеристическое сопротивлению подложки примерно 10 мОм·мм2, получается полное сопротивление примерно 25 мОм·мм2, что позволяет повысить плотность тока до примерно 4 А/мм2.
Доминантные остаточные токи определяются барьером Шоттки и поверхностными концентрациями в слое толщиной примерно 0,1 мкм.
Способ по изобретению и, соответственно, полученные этим способом диоды Шоттки выгодно отличаются более низкими запирающими токами благодаря конструктивным мерам за счет профилирования изменения концентрации с градиентом примерно 5·1015/мкм и с приповерхностной областью постоянной концентрации толщиной примерно 0,5 мкм.
Другими преимуществами являются достижение более высоких эффективных плотностей тока благодаря уменьшению сопротивления в прямом направлении. Это достигается в результате введения градиента концентрации, который простирается от подложки с градиентом примерно 3,5·1015/мкм вплоть до области постоянного легирования при примерно 0,5 мкм. Связанное с этим снижение сопротивления в прямом направлении позволяет достичь повышения плотности тока по сравнению с эталонными конструктивными элементами до примерно 4 А/мм2.
Далее изобретение подробнее поясняется на примерах осуществления посредством описываемых ниже чертежей.
Показано:
Фиг. 1 - схематический вид в разрезе полупроводникового прибора по изобретению с диодом Шоттки
Фиг. 2 - увеличенный схематический вид в разрезе полупроводникового прибора по изобретению с диодом Шоттки
Фиг. 3 - увеличенный схематический вид в разрезе следующего варианта осуществления
Фиг. 4 - увеличенный схематический вид в разрезе следующего варианта осуществления
Фиг. 5 - схематический вид в разрезе исходного продукта для получения диода Шоттки по изобретению
Фиг. 6 - схематический вид в разрезе показанного на фиг. 5 исходного продукта после первого технологического этапа
Фиг. 7 - схематический вид в разрезе продукта с фиг. 6 после следующего технологического этапа
Фиг. 8 - схематический вид в разрезе продукта с фиг. 7 после следующего технологического этапа
Фиг. 9 - схематический вид в разрезе продукта с фиг. 8 после следующего технологического этапа
Фиг. 10 - схематический вид в разрезе продукта с фиг. 9 после следующего технологического этапа
Фиг. 11 - схематический вид в разрезе одного варианта осуществления диода Шоттки по изобретению, полученного согласно технологическим этапам, представленным на фиг. 5-10.
На фиг. 1 показан один вариант осуществления полупроводникового прибора 12 по изобретению с диодом Шоттки. Прибор содержит металлизацию 1 и расположенный под металлизацией 1 оксид 2. Кроме того, предусмотрен барьерный металлический слой 5. Ниже барьерного металлического слоя 5, а также оксида 2 расположен эпитаксиальный слой 4. Эпитаксиальный слой 4 в данном примере осуществления является слоем первого типа проводимости, выполненным как эпитаксиальный n-слой.
Полупроводниковый прибор 12 с диодом Шоттки содержит также высоколегированную эпитаксиальную подложку 7 первого типа проводимости. В данном примере осуществления высоколегированная эпитаксиальная подложка 7 выполнена как эпитаксиальная n(+)-подложка.
Кроме того, полупроводниковый прибор 12 с диодом Шоттки содержит по меньшей мере одну диффузионную область 31 второго типа проводимости, которая к тому же может быть выполнена как охранная кольцевая структура. Диффузионная область 31 проникает по вертикали в градиентную область 6, не достигая фронта диффузии n(+) из эпитаксиальной подложки 7.
Градиентная область 6 в данном примере осуществления является результатом соответствующего уровню техники ступенчатого профиля процесса эпитаксии, причем его вертикальная диффузионная составляющая ведет к повышению концентрации в области 4 и образованию конечного состояния области 6, а также конечной точки встречной диффузии области 31 через область 4 в область 6.
Диффузионная область 31 второго типа проводимости в данном примере осуществления выполнена как p-область. Внутри диффузионной области 31 введена более высоколегированная область 8 второго типа проводимости, в данном примере осуществления соответствующая p(+), таким образом, чтобы перекрытая барьерным металлическим слоем 5 область эпитаксиального слоя 4 и диффузионная область 31 второго типа проводимости были соединены по току.
Эта более высоколегированная область 8 второго типа проводимости конструктивно выполнена так, чтобы проникающая сбоку в диффузионную область 31 зона обеднения не была ограничена областью 8 второго типа проводимости. Более высоколегированная область 8 второго типа проводимости расположена вблизи поверхности в диффузионной области 31 второго типа проводимости. Присутствие более высоколегированной области 8 второго типа проводимости необходимо, в частности, чтобы избежать паразитных барьеров на или в более слабо легированной по сравнению с ней диффузионной области 31 второго типа проводимости.
Повышения плотности тока достигают тем, что диффузионную область 31 второго типа проводимости располагают так, чтобы она проникала в одновременно диффундирующую, более высоколегированную градиентную область 6 первого типа проводимости, однако не достигала фронта диффузии n(+) из эпитаксиальной подложки 7. Таким образом, имеется не переход p,(n+), а плавный n,p-переход 9. Регулируемый градиент концентрации в градиентной области 6 достигает при одновременной диффузии эпитаксиального слоя 4 и постепенно повышает его концентрацию, но не достигая его поверхности.
Запирающие переходы ориентированы вертикально и поперек. При этом вертикальный переход направлен от диффузионной области 31 второго типа проводимости к градиентной области 6 первого типа проводимости. Это соответствует указанному плавному n,p-переходу 9.
Поперечный переход направлен от диффузионной области 31 второго типа проводимости к эпитаксиальному слою 4 первого типа проводимости. Он соответствует p,n-переходу 10. Расширение зоны объемного заряда происходит в вертикальном направлении преимущественно в диффузионную область 31 второго типа проводимости, а также в направлении градиентной области 6 с целью линеаризации p,n-перехода 10. В поперечном направлении расширение зоны объемного заряда происходит как в диффузионную область 31 второго типа проводимости, так и в эпитаксиальный слой 4 первого типа проводимости. В показанном примере осуществления на расстоянии от диффузионной области 31 второго типа проводимости дополнительно введено по меньшей мере одно охранное кольцо 32, которое приводит к ограничению внешнего электрического поля. Это расстояние, обозначенное как x1, в показанном примере больше, чем остаточная толщина эпитаксиального слоя Wxn-grad(n+). Кроме того, расстояние x1 больше, чем суммарная толщина эпитаксиального слоя 4 и градиентной области 6.
На фиг. 2 подробно показана схема диффузионной области 31 второго типа проводимости и охранного кольца 32. Видно, что введение поверхностно расположенной, более высоколегированной области 8 второго типа проводимости в диффузионную область 31 второго типа проводимости служит предотвращению паразитных барьеров на поверхности диффузионной области 31 второго типа проводимости и возникающих вследствие этого переполюсовок металлизации магниторезисторов выше оксида 2 над наружной поперечной зоной диффузии области 31. Для улучшения эффекта ограничения внешнего поля областью 32 следует конструктивно избегать дохождения до металлизации магниторезисторов в области 32. Введение области 8 в область 32 эквивалентно соотношениям, описанным в связи с областью 31, возможно, но не обязательно.
Предотвращение ограничения поля на поверхности происходит путем установления обозначенного как x2 вертикального расстояния между наружным периметром более высоколегированной области 8 второго типа проводимости и наружным периметром диффузионной области 31 второго типа проводимости. Расстояние x2 больше, чем область пространственного заряда, расширяющаяся в диффузионную область 31 второго типа проводимости. Кроме того, на фиг. 2 показано, что имеется поперечное сечение (A) со структурой n, p, p(+), p, n и вертикальное сечение (B) со структурой p(+), p, grad n, n(+). Можно также предусмотреть, чтобы имелось или такое поперечное сечение A, или такое вертикальное сечение B.
На фиг. 3 и фиг. 4 схематически показаны следующие варианты осуществления изобретения. На фиг. 3 показано, как более высоколегированная область 8 второго типа проводимости располагается соосно с оксидом 2 и внутри области 31 второго типа проводимости таким образом, что расстояние x2 определяется в соответствие с изложенным выше. Кроме того, из фиг. 3 видно, что охранное кольцо 32 второго типа проводимости не содержит более высоколегированной области 8 второго типа проводимости.
Фиг. 4 показывает дополнительный вариант осуществления, при котором в более высоколегированной области 8 второго типа проводимости, соответствующей p(+), расположена дополнительная, еще более высоколегированная область 11 второго типа проводимости, соответствующая p(++). Соответственно, при таком расположении может иметь место вертикальный переход p(++), p(+), p, grad n, n(+). Кроме того, хотя это и не показано, может быть размещена область 8 второго типа проводимости, соответствующая фиг. 3 и дополнительно содержащая еще более высоколегированную область второго типа проводимости.
Предлагаемый изобретением способ получения диода Шоттки схематически представлен на фиг. 5-10.
На первом технологическом этапе сначала происходит окисление подложки с эпитаксиальным слоем, которая используется в качестве исходного продукта 108 (смотри фиг. 5), для подготовки к последующему процессу фотолитографии и для пассивации перед последующими высокотемпературными этапами.
Исходный продукт 108 содержит n(+)-подложку 102, градиентную эпитаксиальную область 103 (в данном примере осуществления с градиентом примерно 3,5·1015/мкм) и эпитаксиальную область 104 постоянного легирования, которая в этом примере осуществления имеет толщину слоя примерно 0,5 мкм.
В показанном варианте осуществления для примера описан класс напряжений 40 В. При этом имеет место уменьшение толщины слоя эпитаксиальной области 104 постоянного легирования с примерно 0,5 мкм (фиг. 5) до примерно 0,3 мкм (смотри фиг. 6).
На последующем фотоэтапе вскрывают оксид 105 или открывают оксидное окно для имплантации бора, и перед имплантацией создают оксид (смотри фиг. 7).
В способе по изобретению используются значительно меньшие концентрации имплантации, в дозе примерно 3·1013/мкм при энергии 50 кэВ.
При диффузии бора и формировании перехода p, grad n происходит дальнейшее уменьшение эпитаксиальной области 104 постоянного легирования путем дополнительного размытия градиента в направлении поверхности 109 от подложки 102.
При процессе одновременной диффузии происходит диффузия бора как через эпитаксиальную область 104 постоянного легирования, так и через градиентную эпитаксиальную область 103.
Параллельно происходит также одновременная диффузия носителей из подложки 102 в направлении, противоположном направлению диффузии бора. Здесь речь может идти, например, о диффузии мышьяка.
Кроме того, происходит вертикальное размытие разницы концентраций (градиента) на участке пути в направлении области 104 постоянного легирования (смотри фиг. 8).
За этим следует дополнительный фотоэтап с имплантацией бора (смотри фиг. 9), приводящий к подповерхностному повышению p(+) концентрации бора. Это необходимо из соображений безопасности, чтобы в случае электростатического разряда (ESD) гарантировать контакт p (тем самым p,p(+)) для отвода энергии лавинных токов. Это можно осуществить путем имплантации высоких доз бора или BF2.
Последующая активация носителей происходит путем кратковременного температурного этапа, который не оказывает существенного влияния на предшествующие профили легирования.
Затем посредством фотоэтапа открывают зону контакта области Шоттки (смотри фиг. 10). Далее следуют этапы металлизации для создания барьера Шоттки 110, а также для металлизации контактов. В результате получают показанный на фиг. 11 диод Шоттки, который заявлен согласно изобретению, причем указанные значения приведены лишь в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие.
Схематически показанный на фиг. 11 диод Шоттки 100 по изобретению содержит металлизацию контактов 101, 101a, барьер Шоттки 110, n(+)-подложку 102 (градиент примерно 1·1019/мкм), градиентную эпитаксиальную область 103, эпитаксиальную область 104 постоянного легирования, оксид 105, p(+)-область 107, а также p-область 106.
При этом эпитаксиальная область 104 постоянного легирования имеет толщину слоя примерно 0,1 мкм, а градиентная эпитаксиальная область 103 (градиент примерно 3,5·1019/мкм) имеет толщину слоя примерно 2 мкм.
Для примера, диод Шоттки 100 по изобретению в классе напряжений 40В имеет пониженное характеристическое сопротивление в прямом направлении, составляющее примерно 25 мОм·мм2. Сопоставимый диод Шоттки согласно уровню техники имеет сопротивление в прямом направлении примерно 40 мОм·мм2.
В контексте изобретения термины "диод Шоттки" и "полупроводниковый прибор с диодом Шоттки" следует понимать как эквивалентные.
Список ссылочных позиций
1 металлизация
2 оксид
3 p(+),n-переход
4 эпитаксиальный слой
5 барьерный металлический слой
6 градиентная область
7 эпитаксиальная подложка
8 более высоколегированная область второго типа проводимости
9 плавный n,p-переход
10 p,n-переход
11 более высоколегированная область (p(++))
12 полупроводниковый прибор
31 диффузионная область
32 охранное кольцо
x1 расстояние по вертикали между 31 и 32
x2 расстояние по вертикали между наружным периметром области 8 и наружным периметром области 31
A поперечное сечение
B вертикальное сечение
100 диод Шоттки
101 металлизация контакта
101a металлизация контакта
102 n(+)-подложка
103 градиентная эпитаксиальная область
104 эпитаксиальная область постоянного легирования
105 оксид
106 p-область
107 p(+)-область
108 исходный продукт
109 поверхность
110 барьер Шоттки.

Claims (16)

1. Полупроводниковый прибор (12) с диодом Шоттки, содержащий охранную кольцевую структуру, эпитаксиальный слой (4) постоянного легирования первого типа проводимости n и эпитаксиальную подложку (7) этого же первого типа проводимости, причем образована диффузионная область (31) второго типа проводимости, которая образует n-p-переход с градиентом концентрации более высоколегированного слоя одновременной диффузии первого типа проводимости n,
отличающийся тем, что
что снаружи концентрически с диффузионной областью (31) второго типа проводимости расположено охранное кольцо (32) таким образом, что боковое расстояние между охранным кольцом (32) и диффузионной областью (31) второго типа проводимости больше, чем полученная из постоянной толщины остаточного эпитаксиального слоя (4) и толщины слоя градиентной области (6) суммарная толщина слоев.
2. Полупроводниковый прибор по п. 1, отличающийся тем, что в диффузионной области (31) второго типа проводимости образована вблизи поверхности более высоколегированная область (8) второго типа проводимости, причем поперечной размер высоколегированной области (8) выполнен таким, что исключается поперечное ограничение расширения зоны обеднения.
3. Полупроводниковый прибор по п. 2, отличающийся тем, что имеется поперечное сечение (A) со структурой n, p, p(+), p, n и/или вертикальное сечение (B) со структурой p(+), p, grad n, n(+).
4. Способ получения диода Шоттки из исходного продукта (108), который содержит по меньшей мере одну n(+)-подложку (102), градиентную эпитаксиальную область (103) и эпитаксиальную область (104) постоянного легирования,
отличающийся тем, что
вводят бор методом диффузии и образуют n-p-переход с градиентом по n, а также протекают процессы одновременной диффузии,
- причем диффузия бора происходит как через эпитаксиальную область (104) постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область (103);
- причем происходит предпочтительно одновременная диффузия из n(+)-подложки (102) в направлении, противоположном направлению диффузии бора как через эпитаксиальную область (104) постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область (103), и
- причем происходит вертикальное размытие градиента на участке пути в направлении, противоположном направлению диффузии бора как через эпитаксиальную область (104) постоянного легирования, так и в градиентную эпитаксиальную область (103).
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что толщину слоя эпитаксиальной области (104) постоянного легирования уменьшают с примерно 0,3 мкм до примерно 0,1 мкм путем дополнительного размытия градиента в направлении поверхности от подложки.
6. Диод Шоттки (100), отличающийся тем, что он получен согласно способу по п. 4.
7. Диод Шоттки (100), содержащий по меньшей мере металлизацию контактов (101, 101a), барьер Шоттки (110), n(+)-подложку (102), градиентную эпитаксиальную область (103), эпитаксиальную область (104) постоянного легирования, оксид (105), p(+)-область (107) и p-область (106),
отличающийся тем, что
эпитаксиальная область (104) постоянного легирования имеет толщину слоя примерно 0,1 мкм, а градиентная эпитаксиальная область (103) имеет толщину слоя примерно 2 мкм.
RU2017141853A 2015-06-02 2016-06-02 Усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом шоттки RU2683377C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015108728 2015-06-02
DE102015108728.6 2015-06-02
PCT/EP2016/062507 WO2016193377A1 (de) 2015-06-02 2016-06-02 Verbesserte halbleiteranordnung mit schottky-diode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2683377C1 true RU2683377C1 (ru) 2019-03-28

Family

ID=56097119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141853A RU2683377C1 (ru) 2015-06-02 2016-06-02 Усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом шоттки

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3268991A1 (ru)
DE (1) DE102016110203B4 (ru)
RU (1) RU2683377C1 (ru)
WO (1) WO2016193377A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215720U1 (ru) * 2022-08-10 2022-12-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Диод с низким падением напряжения

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000036607A (ja) * 1998-07-21 2000-02-02 Sanyo Electric Co Ltd ショットキーバリアダイオード
US20090134405A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor substrate and semiconductor device
US20090256197A1 (en) * 2008-04-09 2009-10-15 Yoshito Nakazawa Semiconductor device and manufacturing method thereof
RU2390880C1 (ru) * 2009-05-25 2010-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ
DE102009018971A1 (de) * 2009-04-25 2010-11-04 Secos Halbleitertechnologie Gmbh Konstruktion einer Schottkydiode mit verbessertem Hochstromverhalten und Verfahren zu deren Herstellung
US20150034970A1 (en) * 2011-05-18 2015-02-05 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and method for producing same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4206540A (en) 1978-06-02 1980-06-10 International Rectifier Corporation Schottky device and method of manufacture using palladium and platinum intermetallic alloys and titanium barrier
JP3123452B2 (ja) 1996-12-10 2001-01-09 富士電機株式会社 ショットキーバリアダイオード
DE19939484A1 (de) 1998-09-01 2000-03-09 Int Rectifier Corp Schottky-Diode
KR101220568B1 (ko) * 2008-03-17 2013-01-21 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 장치
WO2010001338A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Nxp B.V. Manufacture of semiconductor devices
DE102009056603A1 (de) 2009-12-02 2011-06-09 Eris Technology Corp. Verfahren zur Herstellung einer Schottkydiode mit verbessertem Hochstromverhalten
JP5149266B2 (ja) * 2009-12-18 2013-02-20 日本インター株式会社 ショットキーバリアダイオード

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000036607A (ja) * 1998-07-21 2000-02-02 Sanyo Electric Co Ltd ショットキーバリアダイオード
US20090134405A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor substrate and semiconductor device
US20090256197A1 (en) * 2008-04-09 2009-10-15 Yoshito Nakazawa Semiconductor device and manufacturing method thereof
DE102009018971A1 (de) * 2009-04-25 2010-11-04 Secos Halbleitertechnologie Gmbh Konstruktion einer Schottkydiode mit verbessertem Hochstromverhalten und Verfahren zu deren Herstellung
RU2390880C1 (ru) * 2009-05-25 2010-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ
US20150034970A1 (en) * 2011-05-18 2015-02-05 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and method for producing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215720U1 (ru) * 2022-08-10 2022-12-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Диод с низким падением напряжения

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016193377A1 (de) 2016-12-08
DE102016110203A1 (de) 2016-12-08
DE102016110203B4 (de) 2019-11-21
EP3268991A1 (de) 2018-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10840361B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
CN107924843B (zh) 制造碳化硅功率半导体器件的边缘终端的方法和碳化硅功率半导体器件
US7419877B2 (en) Methods of fabricating silicon carbide devices including multiple floating guard ring edge termination
US8716792B2 (en) Semiconductor device with a charge carrier compensation structure and method for the production of a semiconductor device
US7880272B2 (en) Semiconductor device with near-surface compensation doping area and method of fabricating
US20140124851A1 (en) Radiation-Hardened Power Semiconductor Devices and Methods of Forming Them
CN106062960B (zh) 半导体装置及半导体装置的制造方法
US20180358478A1 (en) Trench type junction barrier schottky diode with voltage reducing layer and manufacturing method thereof
EP1394860B1 (en) Power devices with improved breakdown voltages
US9935231B2 (en) Semiconductor element with a single photon avalanche diode and method for manufacturing such semiconductor element
KR20100128303A (ko) 실리콘 카바이드 디바이스를 위한 이중 가드 링 에지 종단 및 이를 포함하는 실리콘 카바이드 디바이스를 제조하는 방법
US9373710B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
US6639272B2 (en) Charge compensation semiconductor configuration
CN104704636B (zh) 具有用于负电压操作的隔离式scr的esd保护电路
US5907179A (en) Schottky diode assembly and production method
US20180358477A1 (en) Trench type junction barrier schottky diode and manufacturing method thereof
US20220293746A1 (en) Semiconductor Device and Junction Edge Region Thereof
US8227855B2 (en) Semiconductor devices with stable and controlled avalanche characteristics and methods of fabricating the same
US9257544B2 (en) Semiconductor device and fabrication method of semiconductor device
CN109844954B (zh) 半导体器件及其制造方法
RU2683377C1 (ru) Усовершенствованный полупроводниковый прибор с диодом шоттки
US20080296722A1 (en) Junction barrier schottky diode
US10672883B2 (en) Mixed trench junction barrier Schottky diode and method fabricating same
US7195994B2 (en) Method for production of deep p regions in silicon, and semiconductor components produced using the method
JP2012174783A (ja) フォトダイオードおよびフォトダイオードアレイ