ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ

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.
обр
пр
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 (U=1700 В; I=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.
+
-
15
-3
6
На сильнолегированной подложке n-типа проводимости 1 политипа 4Н формируют эпитаксиальный слой n-типа 2 толщиной 13 мкм с концентрацией примеси 3⋅10 см. 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 (SF) 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.