СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БСИТ-ТРАНЗИСТОРА С ОХРАННЫМИ КОЛЬЦАМИ Российский патент 2014 года по МПК H01L29/70 

Изобретение относится к способу изготовления приборов полупроводниковой силовой электроники, в частности к самосовмещенным транзисторам класса БСИТ.

Известны типы БСИТ-транзисторов отечественного производства с номинальным значением пробивного напряжения до 1000 В [1].

Недостатком приведенных типов транзистора является ненадежность приборов в связи с частым выходом из рабочего состояния из-за возникновения явления пробоя. В обедненной области транзистора могут происходить два механизма пробоя: эффект смыкания и сквозной пробой. Если в БСИТ-транзисторе напряжение стока станет достаточно большим и поле обедненной области в подложке n-типа пересечет истоковую область, то потечет ток, который, по существу, зашунтирует нормальный канал. Этот механизм и есть эффект смыкания; он не повреждает прибор, а приводит просто к шунтированию обычного пути тока.

Сквозной пробой происходит тогда, когда поле обедненной области распространяется через эпитаксиальный слой до сильнолегированной области стока (пластины). Поскольку именно этот эпитаксиальный слой определяет максимальное рабочее напряжение, то любой сквозной пробой может стать катастрофическим. Пробой этого типа почти наверняка является результатом неправильной разработки прибора.

Другим опасным эффектом, сильно влияющим на пробой, является стягивание силовых линий поля обедненной области, особенно вблизи углов, которое ведет к высокой концентрации электрических полей, что может вызвать преждевременный пробой.

Существуют различные способы управления полями обедненной области, приводящие к увеличению напряжения пробоя. Известно много способов управления полем, наиболее эффективным является применение охранных колец.

Целью данного изобретения является формирование охранных колец в структуре БСИТ-транзистора, приводящих к изменению выходных предельно-допустимых параметров транзисторов, с получением высокого значения пробивного напряжения.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления транзисторных структур с охранными кольцами включает формирование в полупроводниковой подложке первого типа проводимости, формирование на полупроводниковой подложке эпитаксиального обедненного слоя того же типа проводимости, окисление эпитаксиального слоя, осаждение нитрида кремния, формирование защитного фоторезистивного слоя, плазмохимическое травление нитрида кремния для формирования карманов первого типа проводимости без задубливания до слоя окисла кремния, формирование области затвора, снятие фоторезистивного слоя, травление окисла кремния для формирования подзатворной области, отмывка пластин, формирование охранной области посредством диффундирования окон вторым типом проводимости, низкотемпературное окисление поверхности, сквозное формирование области затвора в уже сформированной охранной области, снятие боросиликатного стекла, разгонка диффузанта при повышенной температуре, отмывка пластин, формирование затворной области диффундированием реагента первого типа проводимости, разгонка сформированного слоя в окнах, раскисление образовавшегося боросиликатного стекла в паре, формирование фоторезистивного слоя на всей поверхности кристалла, плазмохимическое травление нитрида кремния для формирования окон второго типа проводимости, формирование истоковой области, травление силикатного стекла и окисла кремния под маску нитрида кремния, окисление истоковой области, плазмохимическое травление нитрида кремния до толщины окисла кремния, отмывка пластины, нанесение третьего слоя фоторезиста, травление силикатного стекла, формирование омических контактов к истоковой области, особое напыление нескольких слоев металлов на обратную сторону пластины.

Разрез транзисторной ячейки представлен на Фиг.1., в транзисторную структуру входят:

1 - исходная подложка,

2 - эпитаксиальный слой,

3 - р-карман, представляющий диффузионную затворную область,

4 - р⁺-охрана,

5 - n⁺-слой, представляющий собой потоковую область,

6 - полевой окисел,

7 - контакт к истоку,

8 - контакт к затворной области,

9 - контакт к стоковой области, представляющий подслой V_oc-Zn

Исходная подложка представляет собой кремниевую монокристаллическую подложку о кристаллографической ориентацией <111>, легированную сурьмой до удельного сопротивления 0,01 Ом*см. На подложку наращивается эпитаксиальный слой толщиной 40 мкм и удельным сопротивлением не менее 15 Ом*см. Диффузионные области затвора формируются ионным легированием бора с последующей термической разгонкой до глубины не менее 6 мкм. Р⁺-охрана формируется одновременно с диффузией затворной области. При вторичной диффузии бора формируется контакт к затворной области и повторное легирование p-кольцевой охраны.

Контакт к затворной области и потоковой формируется на основе алюминия. Толщина слоя металлизации составляет не менее 2 мкм.

В результате реализации приведенной технологии, включающей формирование охранных колец, получены БСИТ-транзисторы с повышенным значением пробивного напряжения.

Литература

1. Yang J., Li S., Wang Т. An analytical model for the saturation characteristics of bipolar-mode static induction transistors // Solid-State Electronics, vol. 43 (1999), issue 4, P.823-827.

Использование: для изготовления БСИТ-транзистора с охранными кольцами. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют формирование в полупроводниковой подложке на эпитаксиальном обедненном слое первый тип проводимости, формирование защитного фоторезистивного слоя, формирование карманов первого типа проводимости, формирование области затвора, формирование охранной области, формирование области затвора в уже сформированной охранной области, формирование затворной области диффундированием реагента первого типа проводимости, формирование окон второго типа проводимости, формирование истоковой области, нанесение третьего слоя фоторезиста, формирование омических контактов к истоковой области, особое напыление нескольких слоев металлов на обратную сторону пластины, а также другие операции способа, позволяющие изготовить БСИТ-транзистор с охранными кольцами. Технический результат: получены БСИТ-транзисторы с повышенным значением пробивного напряжения. 1 ил.

Способ изготовления БСИТ с охранными кольцами, отличающийся тем, что в полупроводниковой подложке формируется на эпитаксиальном обедненном слое первый тип проводимости, окисление эпитаксиального слоя, осаждение нитрида кремния, формирование защитного фоторезистивного слоя, плазмохимическое травление нитрида кремния для формирования карманов первого типа проводимости без задубливания до слоя окисла кремния, формирование области затвора, снятие фоторезистивного слоя, травление окисла кремния для формирования подзатворной области, отмывка пластин, формирование охранной области посредством диффундирования окон вторым типом проводимости, низкотемпературное окисление поверхности, сквозное формирование области затвора в уже сформированной охранной области, снятие боросиликатного стекла, разгонка диффузанта при повышенной температуре, отмывка пластин, формирование затворной области диффундированием реагента первого типа проводимости, разгонка сформированного слоя в окнах, раскисление образовавшегося боросиликатного стекла в паре, формирование фоторезистивного слоя на всей поверхности кристалла, плазмохимическое травление нитрида кремния для формирования окон второго типа проводимости, формирование истоковой области, травление силикатного стекла и окисла кремния под маску нитрида кремния, окисление истоковой области, плазмохимическое травление нитрида кремния до толщины окисла кремния, отмывка пластины, нанесение третьего слоя фоторезиста, травление силикатного стекла, формирование омических контактов к истоковой области, особое напыление нескольких слоев металлов на обратную сторону пластины.