ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА Российский патент 1994 года по МПК H01L29/91 

Изобретение относится к области производства ИС, в частности, к конструированию и технологии высоковольтных ИС на подложке КСДИ. Заявляемая конструкция позволяет ее использовать на напряжения в несколько сот вольт.

Известны полупроводниковые структуры, в которых мезаструктура в коллекторном переходе вытравлена полностью или частично в сильнолегированном p-слое за металлическим контактом со всех сторон p-n-перехода.

Недостатками известного устройства является то, что такая конструкция может быть реализована лишь в дискретных приборах (в основном в высоковольтных транзисторах), так как вытравленная меза-канавка со всех сторон p-n-перехода ограничивает ее применение. В ИМС эта конструкция неприменима, т. к. на таких структурах практически невозможно создать надежные межсоединения.

Наиболее близким техническим решением является высоковольтная интегральная схема, содержащая изолированные двуокисью кремния карманы исходного кремния первого типа проводимости, в которых расположены области кремния второго типа проводимости, при этом к областям по пассивирующему слою сформированы металлические межсоединения, изолирующие канавки в области p-n-переходов.

Недостатком известного технического решения являются невысокие рабочие напряжения.

Цель изобретения - повышение рабочих напряжений до 400 В путем устранения в активной области p-n-перехода цилиндрических и сферических профилей.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтной интегральной схеме, содержащей изолированные двуокисью кремния карманы исходного кремния первого типа проводимости, при этом к областям по пассивирующему слою сформированы металлические межсоединения, изолирующие канавки в области p-n-переходов, область p-n-перехода с трех сторон ограничена канавками, а с четвертой стороны на рабочей поверхности сформирована полевая обкладка.

Устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена топология структуры высоковольтной интегральной схемы (ИС); на фиг. 2 - поперечный разрез структуры; на фиг. 3 - продольный разрез структуры.

Устройство включает поликремниевую подложку 1, изолирующий слой 2, скрытый n⁺-слой 3 изолированного "кармана", изолированный монокристаллический слой 4 n^-типа проводимости, активные области 5 p-типа проводимости (базы транзисторов, диодные полоски, резисторные полоски и т. п. ), n⁺-область 6 омического контакта к n^- -слою, диэлектрический слой 7 полевой обкладки, алюминиевая металлизация 8, слой 9 полиимида, фоторезист 10, контактные площадки 11, пассивация слоем 12 меза-канавки.

В исходных структурах КСДИ (кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией) сформированы на несущей поликремниевой основе в изолированных двухокисью кремния "карманах" монокристаллические высокоомные (удельное сопротивление ρ= 20 Ом ^. см) слои 4, имеющие высоколегированные n⁺-скрытые слои 3. В высокоомном n^- -типа проводимости слое 4 методами планарной технологии созданы активные области 5 p-типа проводимости и области 6 для омического контакта n^--типа проводимости 6.

Глубина созданных известными методами активных областей 5 p-типа, через окисную маску (слой 7) составляет 6-8 мкм, а поверхностное сопротивление слоя R_s = 100-160 Ом/□ для получения невыпрямляющего контакта с алюминиевой металлизацией 8.

Активные области 5 с трех сторон обтравлены меза-канавкой, заполненной слоем 9 полиимида и пассивированной слоем 12 SiO₂ (или свинцово-силикатного стекла).

В левом "кармане" активная область 5 расположена от наблюдателя вглубь чертежа, в правом "кармане" активная область 5 показана в продольном направлении и левая часть этой области 5 пассивирована слоем 7 двуокиси кремния, на котором расположена алюминиевая металлизация 8. Через эту металлизацию 8 осуществляются межсоединения в ИМС. Металлизация 8 совместно со слоем 7 образует широкую полевую обкладку до выхода на поверхность КСДИ изолирующего слоя 2 "кармана". Глубина меза-канавки, с трех сторон окружающей активную область 5, превышает глубину диффузии p-типа области 5 и составляет 8-10 мкм.

Меза-канавка пассирована SiO₂ и заполнена имидизированным слоем 9 полиимида и фоторезиста 10, используемых для защиты алюминиевой металлизации 8 вместо пиролитического окисла.

В слоях фоторезиста 10 и полиимида вскрыты окна под контактные площадки 11.

В структуре ИС активные области 5 имеют с трех боковых сторон плоский p-n-переход. Пробивные напряжения структуры определяются четвертой боковой стороной области 5, представляющей собой p-n-переход с полевой обкладкой, под которой сохраняется цилиндрический профиль диффузии.

Повышение пробивного напряжения осуществляется за счет широкой полевой обкладки, которую представляет алюминиевая металлизация 8 на диэлектрическом слое 7. Сферические составляющие этого p-n-перехода, образующиеся за счет боковой диффузии под окисел (слой 7) на расстояние ≈ 0,8 от глубины p-n-перехода, удалены при травлении меза-канавки. Полевая обкладка активной области 5 имеющего цилиндрическую форму p-n-перехода образована металлизацией 8, лежащей на слое 7 и расположенной от активной области 5 до выхода изолирующего слоя 2.

Учитывая, что сферические области, резко снижающие пробивные напряжения, отсутствуют, а ширина обкладки значительно больше области объемного заряда p-n-перехода при обратном смещении (что для Si с ρ = 20 Ом ^. см составляет ≈ 20 мкм), пробивное напряжение этого участка приближается к пробивному напряжению плоского p-n-перехода и составляет в данной конструкции при ρ = 20 Ом ^. см ≈ 400 в.

Данная конструкция позволяет реализовать высоковольтные функциональные блоки, например, двухполупериодные выпрямители, работающие от сетевого напряжения 220 В в интегральном виде, что резко повышает надежность аппаратуры (телевизоров, магнитофонов, персональных ЭВМ и т. п. , так как достигнутый уровень безотказной работы для ИМС составляет λ = 10^-7 (т. е. один отказ на 10 млн. ч работы). (56) Блихер А. Физика силовых биполярных и полевых транзисторов, Ленинград, Энергоатомиздат, 1986, с. 34-43.

Брюхно Н. А. и др. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией для изделий микроэлектроники, серия 3, Микроэлектроника, 1987, вып. 4 (1304), с. 11, фиг. 6в.

Применение: изобретение относится к производству и технологии высоковольтных ИС на КСДИ. Сущность изобретения: концентрация характеризуется тем, что посредством травления в активной области р-типа проводимости устранены цилиндрические и сферические профили диффузии с трех боковых ее сторон таким образом, что с этих боковых сторон область р-типа ограничена меза-канавками, заполненными планаризованным слоем имидизированного полиамида, защищаемого фоторезистором, а с четвертой боковой стороны имеет цилиндрический профиль диффузии, пассивированный диэлектриком, на котором за счет расширенной металлизации создана полевая обкладка. 3 ил.

ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА, содержащая изолированные двуокисью кремния карманы исходного кремния первого типа проводимости, в которых расположены области кремния второго типа проводимости, при этом к областям по пассивирующему слою сформированы металлические межсоединения, изолирующие канавки в области p-n-переходов, отличающаяся тем, что, с целью повышения рабочих напряжений до 400 В путем устранения в активной области p-n-перехода цилиндрических и сферических профилей, область p-n-перехода с трех сторон ограничена канавками, а с четвертой стороны на рабочей поверхности сформирована полевая обкладка.