RU2783629C1 - Стабилитрон на структуре "кремний на изоляторе" - Google Patents
Стабилитрон на структуре "кремний на изоляторе" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783629C1 RU2783629C1 RU2021135094A RU2021135094A RU2783629C1 RU 2783629 C1 RU2783629 C1 RU 2783629C1 RU 2021135094 A RU2021135094 A RU 2021135094A RU 2021135094 A RU2021135094 A RU 2021135094A RU 2783629 C1 RU2783629 C1 RU 2783629C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zener diode
- silicon
- junction
- anode
- cathode
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003019 stabilising Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000551 Silumin Inorganic materials 0.000 description 1
- DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)titanium Chemical compound [Si]=[Ti]=[Si] DFJQEGUNXWZVAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N oxosilicon;silicon Chemical compound [Si].[Si]=O RJCRUVXAWQRZKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких интегральных схем с управляемым напряжением стабилизации. Технический результат предлагаемого стабилитрона заключается в возможности управления напряжением стабилизации, повышении рационной стойкости и расширении области применения. Технический результат достигается тем, что в стабилитроне на структуре «кремний на изоляторе», включающем анод, катод, контакты, между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких интегральных схем (ИС) с управляемым напряжением стабилизации.
Кремниевые ИС наиболее широко используются в микроэлектронике, так как являются наиболее изученными. Что связано с наличием ряда преимуществ кремния над другими полупроводниковыми материалами: широкое распространение, наличие собственного оксида кремния и др.
ИС изготовленные для гражданского потребления отличаются от схем специального назначения. При ионизирующем воздействии неизбежны явления образования точечных дефектов и кластеров в объеме кремния, а также положительных зарядов в оксиде кремния вблизи и на границе с кремнием, что сказывается на характеристиках элементов ИС, поэтому существует необходимость создания элементов, характеристиками которых можно управлять (корректировать), например, приложенным напряжением.
В патенте SU 137312 А2 «Стабилитрон» авторов В. Есина, М. Ходанича и др, опубликованном 7.02.88, бюл. №5, описано схемотехническое решение стабилизации тока с помощью четырех биполярных транзисторов. В устройстве осуществлена развязка между комплементарными транзисторами 1 и 2 первой пары и комплементарными транзисторами 3 и 4 второй пары. Недостатком данного стабилитрона является большая занимаемая площадь на кристалле и отсутствие возможности регуляции напряжения пробоя.
В патенте SU 156250 А1 «Способ изготовления стабилитрона на основе кремния» от 22.03.1962, авторов А.И. Курносое, А.С. Сущик, опубликованном 21.08.1963, бюл. №15, описан способ изготовления стабилитрона со следующими преимуществами: рабочая область р-n перехода не выходит на поверхность кристалла, что позволяет предотвратить поверхностный пробой; р-n переход можно получить практически любой площади; отсутствуют механические напряжения в р-n переходе. Описанный в патенте способ изготовления управляемого стабилитрона заключается в следующем. На пластине кремния n-типа предварительно создается диффузионный слой р-типа. После этого производится вплавление малой навески алюминия с размерами, обеспечивающими необходимую площадь р-n перехода. Затем алюминий и образовавшийся силумин вытравливаются, что снижает механические напряжения в р-n переходе. Способом гальванического никелирования наносится металлизированный невыпрямляющий контакт. Режим диффузии подбирается таким образом, что напряжение пробоя диффузионного р-n перехода больше сплавного в 2-3 раза. Недостатком данного патента является отсутствие управления напряжением пробоя стабилитрона.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стабилитрон, описанный в патенте RU 2298256 С2 «Стабилитрон с регулировкой рабочего тока» автора А.Ф. Боронецкого H01L 29/68, опубл. 20.01.2013, бюл. №2. Технический результат, заключающийся в возможности регулировки рабочего тока стабилитрона, достигается соединением последовательно между собой источника питания, сопротивления нагрузки и ограничительного сопротивления в цепи нагрузки, снабженной триодным стабилитроном, включенным параллельно сопротивлению нагрузки, и ограничительным сопротивлением, включенным между базой и коллектором триодного стабилитрона. Недостатком данного изобретения является то, что управление током осуществляется посредством схемотехнического решения, что существенно увеличивает не только занимаемую площадь на кристалле, но и количество факторов, влияющих на результат, вследствие необходимости изготовления нескольких элементов схемы. А также увеличение количества факторов, которые необходимо учесть при анализе результата радиационного воздействия. Введение дополнительных элементов управления током (резисторов) приводит к усложнению технологии изготовления ИС и к увеличению влияния внешних факторов.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание стабилитрона на структуре КНИ с возможностью регулирования напряжения пробоя, что позволяет регулировать напряжение стабилизации в условиях воздействия внешних факторов, в т.ч. ионизирующего излучения различной природы, приводящих к ухудшению параметров ИС.
Технический результат предлагаемого стабилитрона заключается в возможности управления напряжением стабилизации, повышении рационной стойкости и расширение области применения.
Технический результат достигается тем, что в стабилитроне на структуре «кремний на изоляторе», включающем анод, катод, контакты, между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния.
Изобретение поясняют следующие фигуры (на примере стабилитрона n+np+ типа).
На фигуре 1 представлен фрагмент топологии предлагаемого стабилитрона.
На фигурах 2, 4, 6 представлены основные этапы изготовления стабилитрона в сечении А на фиг. 1.
На фигурах 3, 5 представлены основные этапы изготовления стабилитрона в сечении В на фиг. 1.
На фиг. 1-6 приняты следующие обозначения:
1 - катод стабилитрона;
2 - анод стабилитрона;
3 - верхний слой вертикально расположенного р-n перехода - катод;
4 - область контакта к нижнему слою вертикально расположенного р-n перехода - аноду;
5 - слаболегированная область кремния, соединяющая, область контакта с нижним слоем - анодом вертикально расположенного р-n перехода;
6 - металлизированные контакты;
7 - кремниевая подложка структуры «кремний на изоляторе»;
8 - слой захороненного оксида кремния;
9 - слой слаболегированного кремния - приборный слой структуры КНИ;
10 - слой оксида кремния - щелевая изоляция;
11 - нижний слой р-n перехода - анод р-n перехода.
На фигуре 7 приведены вольтамперные характеристики предлагаемого стабилитрона.
Изготовление стабилитрона (на примере стабилитрона n+np+ типа), фрагмент топологии которого представлен на фиг. 1, реализуется следующим образом.
На пластине КНИ (включает поз. 7, 8) методом реактивного ионного травления формируют слой слаболегированного кремния для дальнейшего формирования структуры стабилитрона 9. Посредством последовательных операций осаждения оксида кремния и его полирования формируется щелевая изоляция 10 (фиг. 2, 3).
Затем методом ионной имплантации бора и имплантации фосфора по одной маске и дальнейшего отжига создается необходимый профиль вертикально расположенного р-n перехода (поз. 11, 3) между катодом и анодом стабилитрона (далее средняя область стабилитрона) (фиг. 4,5).
Далее легируется бором область 5, затем - сильнолегированные области 4 и 2 (фиг. 1, 5).
Затем методом ионной имплантации фосфора по маске формируется сильнолегированный катод стабилитрона 1 (фиг. 1, 6) с последующим отжигом.
Процесс изготовления стабилитрона завершается формированием силицида титана стандартным самосовмещенным способом, изоляции и металлизированных контактов 6.
Стоит заметить, что вне зависимости от типа стабилитрона предложенной конструкции (n+np+ или р+pn+), области 4, 5 и 11 в конечной структуре имеют одинаковый тип проводимости.
Устройство работает следующим образом.
Управление напряжением пробоя осуществляется посредством подачи напряжения на выведенный контакт 6 области 4, соединенный с анодом средней области стабилитрона, что равноценно приложению напряжения на анод р-n перехода средней области стабилитрона и приводит к изменению зонной энергетической диаграммы (изменения ширины области пространственного заряда р-n перехода и изменения ширины и концентрации носителей заряда катода р-n перехода средней области стабилитрона), т.е. влияет на значение напряжения пробоя стабилитрона.
Например, при подаче отрицательного напряжения на анод р-n перехода, область пространственного заряда диода расширится, что приведет к увеличению концентрации носителей и уменьшению толщин анода и катода р-n перехода, расположенного вертикально. Так как катод р-n перехода также является частью стабилитрона, результатом такого воздействия будет уменьшение напряжения пробоя стабилитрона. Что и наблюдаем на фигуре 7.
На фигуре 7 приведены вольтамперные характеристики описанного выше стабилитрона n+np+ типа, сформированного на структурах КНИ, с толщиной приборного слоя 0,2 мкм и рассчитанные посредством численного моделирования после проведения калибровки моделей по результатам экспериментально полученных данных на производственной линии. При приложении на анод р-n перехода средней области стабилитрона напряжения -0,5 В, напряжение пробоя на обратной ветви стабилитрона уменьшается на 0,28 В (кривая - а на фиг. 7) по сравнению с нулевым напряжением на контакте к средней области (кривая - 6 на фиг. 7).
Таким образом, подача напряжения на контакт, соединенный с нижней частью диода средней области стабилитрона, позволяет корректировать напряжение его пробоя в процессе эксплуатации с учетом фактического ухода параметров стабилитрона в условиях воздействия внешних воздействующих факторов.
Использование структур КНИ с толщиной приборного слоя 0,2 мкм способствует увеличению радиационной стойкости исследуемого элемента: в ходе ионизирующего воздействия нейтронов в приборном слое малой толщины генерируется меньшее количество дефектов и их кластеров, чем в структурах с толстым приборным слоем. Гамма-воздействие в свою очередь приводит к образованию положительных зарядов в оксиде кремния вблизи границы кремний-оксид кремния. В используемой технологии изготовления приборный слой кремния, в котором сформирован стабилитрон, со всех сторон окружен оксидом кремния, причем граничащий с кремнием оксид получен методом термического окисления в сухом кислороде. Это позволяет минимизировать количество дефектов, образующихся вблизи границы раздела. Положительные заряды, накопленные после гамма - воздействия, приведут к изменениям характеристик стабилитрона, что, в свою очередь, можно скорректировать посредством подачи напряжения на контакт, выполненный к аноду средней области стабилитрона - контакт управления.
Claims (1)
- Стабилитрон на структуре «кремний на изоляторе», включающий анод, катод, контакты, отличающийся тем, что между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783629C1 true RU2783629C1 (ru) | 2022-11-15 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841197A (en) * | 1994-11-18 | 1998-11-24 | Adamic, Jr.; Fred W. | Inverted dielectric isolation process |
| RU2217842C1 (ru) * | 2003-01-14 | 2003-11-27 | Институт физики полупроводников - Объединенного института физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе |
| RU2331949C1 (ru) * | 2006-12-21 | 2008-08-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Способ получения структуры "кремний-на-изоляторе" |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5841197A (en) * | 1994-11-18 | 1998-11-24 | Adamic, Jr.; Fred W. | Inverted dielectric isolation process |
| RU2217842C1 (ru) * | 2003-01-14 | 2003-11-27 | Институт физики полупроводников - Объединенного института физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления структуры кремний-на-изоляторе |
| RU2331949C1 (ru) * | 2006-12-21 | 2008-08-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Способ получения структуры "кремний-на-изоляторе" |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5320679B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| US9048250B2 (en) | Method of manufacturing a super-junction semiconductor device | |
| US11637182B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| US20060186508A1 (en) | Reverse blocking semiconductor device and a method for manufacturing the same | |
| US20120228634A1 (en) | Combined semiconductor device | |
| KR0134794B1 (ko) | 전도도 변조형 반도체 장치 및 그 제조방법 | |
| US20090078936A1 (en) | Semiconductor device | |
| US9666577B2 (en) | On-SOI integrated circuit equipped with a device for protecting against electrostatic discharges | |
| CN105655402A (zh) | 低压超结mosfet终端结构及其制造方法 | |
| CN108155225B (zh) | 恒流器件及其制造方法 | |
| CN107768443B (zh) | 超结器件及其制造方法 | |
| CN110660858A (zh) | 碳化硅半导体装置 | |
| RU2783629C1 (ru) | Стабилитрон на структуре "кремний на изоляторе" | |
| US20030151090A1 (en) | Method of manufacturing power MOSFET device with reduced snap-back and being capable of increasing avalanche-breakdown current endurance | |
| JPH10261704A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| US11444157B2 (en) | Semiconductor device including first and second buffer layers | |
| US11424351B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN210224032U (zh) | 一种soi横向恒流二极管 | |
| CN116504841B (zh) | 一种高可靠性碳化硅mosfet器件及其形成方法 | |
| RU2788587C1 (ru) | Диод с отрицательной дифференциальной проводимостью на структуре "кремний на изоляторе" | |
| CN111354642B (zh) | 一种低导通电阻低压槽栅mos器件的制造方法 | |
| KR20050056200A (ko) | 임계전압을 프로그래밍할 수 있는 ｄｍｏｓ 소자 | |
| Hilleringmann | MOS Technologies for Circuit Integration | |
| CN109962106B (zh) | Mosfet器件及其制造方法 | |
| See et al. | DOE Study of Epitaxial Layer Thickness and Resistivity Effects on PiN Diode for beyond 300 V of Reverse Voltage Applications |