ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК H01L29/91 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности, к интегральным устройствам, работающим непосредственно от сетевого напряжения 220 В.

Разработка и применение высоковольтного двухполупериодного выпрямителя (диодной сборки и в интегральном исполнении) способствует дальнейшей миниатюризации РЭА с одновременным повышением надежности.

Известно устройство, в котором для создания выпрямительных мостов двухполупериодного выпрямления используются выпрямительные блоки из двух пар диодов: с общим анодом и общим катодом. Выпрямитель, собранный из таких блоков, представляет собой гибридную сборку.

Недостатком известного устройства является невысокие значения пробивных напряжений.

Наиболее близким техническим решением является интегральная схема высоковольтного выпрямителя, содержащая поликристаллическую несущую подложку, слой высокоомного кремния ориентации [100] n-типа проводимости с приконтактными областями n⁺-типа проводимости, изолированный от несущей подложки двойным диэлектрическим карманом, в слое n-типа проводимости сформирована область p-типа проводимости, изолированная от высокоомного слоя по торцам V-образными диэлектрическими канавками со всех сторон.

В таких структурах пробивные напряжения уже достигают 200-300 В.

Однако использованные в таких структурах технические приемы не позволяют получить пробивные напряжения до 500 В.

Цель изобретения - повышение пробивного напряжения до 500 В и минимизация линейных размеров.

Поставленная цель достигается тем, что в интегральной схеме высоковольтного выпрямителя, содержащего поликристаллическую несущую подложку, слой высокоомного кремния ориентации [100] n-типа проводимости с приконтактными областями n⁺-типа проводимости, изолированный от несущей подложки двойным диэлектрическим карманом, в слое n-типа проводимости сформирована область p-типа проводимости, изолированная от высокоомного кремния по торцам V-образными диэлектрическими канавками со всех сторон, расстояние между областями n⁺-типа и p-типа проводимостей по высокоомному слою вдоль боковых сторон канавок не менее 25 мкм.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез структуры интегральной схемы высоковольтного выпрямителя.

На чертеже обозначено: поликристаллическая несущая подложка 1, области 2 высокоомного кремния ориентации [100] n-типа проводимости, слой 3 диэлектрика, образующий карман с областью 2 высокоомного кремния, пассивирующий слой 4 окиси кремния, области 5 p-типа проводимости, приконтактные области 6 n⁺-типа проводимости, металлизация 7.

Интегральная схема высоковольтного выпрямителя выполнена на структуре КСДИ, которая представляет собой несущую подложку 1 из поликремния, в которой созданы области 2 из монокристаллического кремния с ориентацией [100] с удельным сопротивлением ρ = 20 Ом ^. см и изолированные диэлектрическим слоем 3, состоящим из термического окисла толщиной 1,2 мкм и пиролитического окисла толщиной 1,5-2 мкм. Глубина исходного кармана перед шлифовкой составляет 30-35 мкм, после вскрытия 20-30 мкм. Структура пассивирована слоем 4 SiO₂ (или ССС) толщиной ≥ 1 мкм. Через вскрытые окна в пассивирующем слое 4 созданы активные области 5 p-типа проводимости, имеющие глубину X_jp = 6 ± 1 мкм, поверхностное сопротивление R_s = 100-160 Ом/□ , и области 6 n+-типа проводимости X_jp = 3 мкм, R_s = 2-4 Ом/□ , расстояние между которыми 20 ±1 мкм. Во время диффузии p-область 5 и n⁺-область 6 диффундируют под маску из слоя 4 на 6 мкм и 3 мкм соответственно. В этом случае расстояние между областью 6 n⁺-типа проводимости и активной областью 5 p-типа проводимости с учетом растравливания окон при фотолитографии по 1 мкм составляет
20 - (3 + 6 + 2) = 9 мкм, где 20 мкм - расстояние на фотошаблоне между областями 5 и 6,
3 мкм - боковая диффузия n₊-типа проводимости,
6 мкм - боковая диффузия p-типа проводимости,
2 мкм - уход размеров при травлении SiO₂ при фотолитографиях (под диффузию бора 1 мкм + 1 мкм под диффузию фосфора).

Для кремния удельное сопротивление ρ= 20 Ом ^. см, что соответствует концентрации N = 2 ^. 10¹⁴ см^-3 и ширине области объемного заряда, равной 0-10 мкм, пробивное напряжение U_проб ≥ 250 В. При напряжениях U_проб ≥ 250 В происходит смыкание области объемного заряда с n⁺-областью 6 и пробой диода. Для увеличения пробивных напряжений до 500 В область объемного заряда распространится на ≈ 25 мкм, а напряжение лавинного пробоя для кремния с ρ= 20 Ом ^. см составит 1000 В.

Для реализации в планарном варианте интегральной схемы U_проб до 500 В общее расстояние между областями 6 и 5 n⁺-типа проводимости и p-типа проводимости должно быть не менее 36 мкм, которые складываются из:
(1 + 1) мкм - растравливание при фотолитографии,
6 мкм - боковая диффузия активных областей p-типа проводимости;
3 мкм - боковая диффузия n⁺-типа областей 6;
25 мкм - ширина области объемного заряда при U_проб = 500 В и ρ = 20 Ом ^. см.

При зазорах между областями 5 и 6 p-типа и n⁺-типов проводимости соответственно 36 мкм область объемного заряда при обратном смещении в 500 В не приводит к смыканию с областью n+-типа проводимости и к пробою диода.

За счет уменьшения зазоров между областями 5 и 6 соответственно можно уменьшить размер кристалла по каждой его стороне, что увеличит съем кристаллов с пластины.

Изобретение позволяет по сравнению с известными приборами повысить пробивные напряжения до 500 В и увеличить съем кристаллов с пластины КСДИ более, чем на 50% . (56) Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. М. , Мир, т. 1, 1984, с. 295.

Брюхно Н. А. и др. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией для изделий микроэлектроники. Обзоры по электронной технике, серия 3, вып. 4 (1304), 1987, с. 10-11, рис. 66.

Применение: изобретение относится к микроэлектронике, в частности к интегральным устройствам, работающим непосредственно от сетевого напряжения 220 В. Сущность изобретения: ИС высоковольтного выпрямителя характеризуется тем, что структура выполнена с боковой инжекцией, скрытый n_t слой трансформирован в приконтактные n_t-области, а активная область p-типа проводимости ограничена с четырех сторон мезаканавками такой глубины, которая обеспечивает расстояние между областями n_t- и p-типа проводимостей, соответственно, по n-слою вдоль боковых сторон V-образной канавки и под ее вершиной не менее 25 мкм. 1 ил.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ, содержащая поликристаллическую несущую подложку, слой высокоомного кремния ориентации [100] n-типа проводимости с приконтактными областями n⁺-типа проводимости, изолированный от несущей подложки двойным диэлектрическим клапаном, в слое n-типа проводимости сформирована область p-типа проводимости, изолированная от высокоомного кремния по торцам V-образными диэлектрическими канавками со всех сторон, отличающаяся тем, что, с целью повышения пробивного напряжения до 500 В и минимизации линейных размеров, расстояние между областями n⁺-типа и p-типа проводимостей по высокоомному слою вдоль боковых сторон канавок не менее 25 мкм.