Защитное покрытие полупроводникового прибора

Область техники
Полезная модель относится к области мощных высоковольтных полупроводниковых приборов, а именно к конструкции полупроводниковых приборов на основе кремния, и может быть использована для создания элементной базы.
Уровень техники
Известен способ изготовления полупроводникового прибора [патент РФ 2506660, H01L 21/31] с повышенным пробивным напряжением путем формирования прибора методами химического осаждения из газовой фазы с формированием пассивирующего покрытия последовательным нанесением пяти слоев. При этом последний слой полуизолирующего аморфного кремния наносят при атмосферном давлении и температуре 650°С, при этом в качестве носителя используют азот.
Недостатками этого способа являются:
низкая устойчивость пассивирующего покрытия к воздействию влаги и примесям, что может привести к утечкам и дрейфу пробивного напряжения, вследствие того, что слой аморфного кремния наносится последним (внешним) и ничем не защищается;
низкая воспроизводимость толщины слоя, так как слой аморфного кремния наносят при атмосферном давлении, вследствие чего, скорость роста слоя высока и сложно контролировать точное время процесса;
низкий эффект повышения напряжения пробоя вследствие того, что между поверхностью кремния и слоем аморфного кремния имеется несколько промежуточных слоев, то есть сначала наносится слой термического диоксида кремния толщиной 0,54 мкм, а затем несколько слоев, наносимые методом химического парофазного осаждения: диоксид кремния, фосфорно-силикатное стекло (0,4 мкм), снова диоксид кремния 0,16 мкм.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение напряжения пробоя приборов и, как следствие, увеличение процента выхода годных и повышение температурной стабильности.
Указанный технический результат достигается тем, что в полупроводниковом приборе на основе кремния n-типа, содержащем рабочий переход и систему охранных колец, на рабочем переходе и охранных кольцах имеется защитное покрытие, которое состоит из нескольких последовательно расположенных слоев: аморфного кремния толщиной 0,34-0,92 мкм, нитрида кремния толщиной 0,10-0,14 мкм и слоя пассивации в виде оксинитрида кремния толщиной 1,3-1,5 мкм, при этом слой аморфного кремния имеет непосредственный контакт с металлизацией, а также имеет в своем составе кислород, содержание которого составляет 17-28 атомных % от содержания кремния.
Слой аморфного кремния не имеет встроенного положительного заряда, а также подвижных заряженных ионов, негативно влияющих на напряжение пробоя приборов. Поверх данного слоя находится слой нитрида кремния, а также слой пассивации в виде оксинитрида кремния толщиной 1,3-1,5 мкм, которые являются барьером для проникновения ионных загрязнений в нижележащий слой аморфного кремния, а также защищает от влаги и других примесей. Вместе с тем, пленка аморфного кремния оказывает экранирующее действие для электрического поля, создаваемого ионными загрязнениями на поверхности кристалла в процессе сборки в корпус.
Слой аморфного кремния имеет непосредственный контакт с металлизацией полупроводникового прибора и, таким образом, выступает в качестве потенциальной обкладки с целью дополнительного повышения напряжения пробоя. Слой аморфного кремния имеет в своем составе кислород, содержание которого составляет 17-28 атомных %, что с одной стороны, способствует геттерированию каких-либо случайно попавших примесей, а с другой стороны, позволяет избежать заметных токов утечки.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемой полезной модели показана на примере схематической конструкции кремниевого кристалла диода фиг. 1 и сравнительных дифрактограмм фиг. 2.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - исходный кремний n-типа;
2 - охранные кольца;
3 - рабочий переход;
4 - слой аморфного кремния;
5 - слой нитрида кремния;
6 - слой пассивации;
7 - металлизация.
8 - область р-типа.
Осуществление полезной модели
На исходной пластине n-типа кремния формируются диффузионные n- и р-области таким образом, что имеется рабочий переход и система охранных колец, затем на этом переходе и охранных кольцах последовательно располагаются несколько слоев защитного покрытия, а именно: слой аморфного кремния толщиной 0,34-0,92 мкм, нитрид кремния толщиной 0,10-0,14 мкм, получаемые методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении, при этом слой аморфного кремния получается при давлении 15,0-25,0 Па и температуре 600-650°С, и слой пассивации в виде оксинитрида кремния толщиной 1,3-1,5 мкм, или диоксида кремния толщиной 1,1-1,3 мкм, или их комбинации общей толщиной 1,1-2,8 мкм, наносимый методом активированного СВЧ плазмой химического осаждения из газовой фазы. Также формируется металлизация в качестве электродов. Слои защитного покрытия и металлизация располагаются так, чтобы имелся непосредственный контакт слоя аморфного кремния и металлизации.
Содержание кислорода в аморфном кремнии составляет при этом 17-28 атомных %. Дифрактограммы полученного аморфного кремния представлены в интервале углов 20 от 40 до 80° с дифрактометра ДРОН-4-07. Для сравнения в качестве эталонной приведена дифрактограмма поликристаллического кремния (poly-Si), которая получена из порошка растиранием в агатовой ступке монокристаллической пластины кремния. Она содержит дифракционные рефлексы от плоскостей с индексами (111), (220), (311), что совпадает со значениями межплоскостных расстояний и относительных интенсивностей с международной базой данных порошковой дифракции. Рентгенодифракционные результаты образцов аморфного кремния показали отсутствие отражения от кристаллографических плоскостей и однородный фон, что говорит о том, что его структура имеет ближний порядок, то есть все образцы являются аморфными (a=Si:O) (см. фиг. 2).
По предлагаемой полезной модели были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы на разное напряжение пробоя. Результаты представлены в таблице (фиг. 3).
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых приборов на пластинах, изготовленных по предлагаемой полезной модели, увеличился на 10,5%.
Стабильность напряжения пробоя приборов в интервале температур эксплуатации соответствовала требованиям, а также повышалась надежность приборов и стойкость к эксплуатации вплоть до температуры в 175°С.
Технический результат: повышение напряжения пробоя приборов, увеличение процента выхода годных, повышение температурной стабильности.