Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению Российский патент 2017 года по МПК H01L29/02 

Изобретение относится к области силовых полупроводниковых приборов, изготавливаемых на эпитаксиальном кремнии.

Известны конструкции силовых полупроводниковых приборов на эпитаксиальном кремнии с вертикальным перемещением носителей тока (вертикальный диод, вертикальный ДМОП - транзистор, вертикальный БТИЗ и другие), содержащие непосредственно полупроводниковый прибор и периферию в виде углубленных диффузионных областей по периметру основного перехода, перекрытие основного перехода токопроводящим электродом над окисной изоляцией, дополнительные периферийные кольца, изолированные от основного перехода, периферию в виде токопроводящей спирали вокруг основного перехода, а также комбинации перечисленных периферийных областей.

Основным недостатком перечисленных устройств периферий являются их размерные характеристики: ширина и глубина, а также наличие слоя полупроводника в периферии, объединенного с активной областью полупроводникового прибора.

Суть недостатков состоит в том, что при воздействии ионизирующего излучения объем кремния в области периферии подвергается изменениям, которые ухудшают расчетные характеристики полупроводникового прибора, такие как обратный ток и пробивное напряжение.

Другим недостатком является использование части площади полупроводникового прибора для создания периферий, что ухудшает характеристики приборов во включенном состоянии.

Известно изобретение, патент США US 6762128 «Apparatus and method for manufacturing a semiconductor circuit» от 13 июля 2004 года, взятое за прототип. Недостатком прототипа является недостаточная защищенность полупроводникового прибора от воздействия ионизирующего излучения.

Целью изобретения является изготовление полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению. Технический результат достигается тем, что периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах, изготавливаемых на эпитаксиальном кремнии с вертикальным перемещением носителей тока, содержащих эпитаксиальный слой, активную область и периферию, которая отличается тем, что в качестве периферии используется канавка шириной от 2 до 6 микрон, глубиной не менее толщины эпитаксиального слоя, стенки и дно которой покрыты слоем термического окисла кремния толщиной от 0,5 до 2 микрон, остальной объем канавки заполнен защитным наполнителем для повышения устойчивости к ионизирующему излучению. Канавка в процессе изготовления полупроводникового прибора заполняется частично термическим окислом кремния, а частично защитным наполнителем, выполненным из металла или другого токопроводящего материала, среднетемпературного (450-750 градусов Цельсия) или низкотемпературного (ниже 450 градусов Цельсия) стекла или из сильно легированного кремния, что расширяет варианты защиты полупроводниковых приборов от воздействия радиации. Ширина канавки значительно меньше ее глубины.

На фиг. 1 представлен пример конструкции диода, стойкого к ионизирующему излучению, содержащего канавку 1, эпитаксиальный слой 2, термический окисел кремния 3 (SiO₂), защитный наполнитель 4, активную область 5 (эпитаксиальный слой 2, ограниченный кольцевой канавкой 1), внешний слой 6 полупроводникового материала.

В результате такой конструкции периферии полупроводникового прибора ионизирующее излучение, попадающее в область периферии и за ее пределы под прямым углом, не изменяет электрические свойства полупроводникового прибора. Излучение, направленное под углом в сторону полупроводникового прибора, попадающее за пределами канавки 1, значительно ею ослабляется или отражается. В результате на полупроводниковый прибор воздействует ионизирующее излучение, попадающее только в активную область 5.

Так как периферия, состоящая из канавки 1 заполненной частично термическим окислом кремния 3, а частично защитным наполнителем 4, занимает меньшую площадь в сравнении с традиционными, то появляется возможность увеличить площадь активной области 5 полупроводникового прибора. Увеличение площади активной области 5 позволяет частично скомпенсировать ухудшение характеристик в результате ионизирующего излучения, чем косвенно дополнительно улучшается стойкость к ионизирующему излучению.

Изобретение относится к области силовых полупроводниковых приборов, изготавливаемых на эпитаксиальном кремнии. В силовых полупроводниковых приборах с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению, изготавливаемых на эпитаксиальном кремнии с вертикальным перемещением носителей тока и содержащих эпитаксиальный слой, активную область и периферию, в качестве периферии используется канавка шириной от 2 до 6 микрон, глубиной не менее толщины эпитаксиального слоя, стенки и дно которой покрыты слоем термического окисла кремния толщиной от 0,5 до 2 микрон, остальной объем канавки заполнен защитным наполнителем для повышения устойчивости к ионизирующему излучению. В результате такой конструкции периферии полупроводникового прибора ионизирующее излучение, попадающее в область периферии и за ее пределы под прямым углом, не изменяет электрические свойства полупроводникового прибора. Излучение, направленное под углом в сторону полупроводникового прибора, попадающее за пределами канавки, значительно ею ослабляется или отражается. Изобретение обеспечивает повышенную устойчивость полупроводниковых приборов к ионизирующему излучению. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах, изготавливаемых на эпитаксиальном кремнии с вертикальным перемещением носителей тока, содержащих эпитаксиальный слой, активную область и периферию, отличающаяся тем, что в качестве периферии используется канавка шириной от 2 до 6 микрон, глубиной не менее толщины эпитаксиального слоя, стенки и дно которой покрыты слоем термического окисла кремния толщиной от 0,5 до 2 микрон, остальной объем канавки заполнен защитным наполнителем для повышения устойчивости к ионизирующему излучению.

2. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах по п. 1, отличающаяся тем, что защитный наполнитель выполнен из токопроводящего материала.

3. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах по п. 1, отличающаяся тем, что защитный наполнитель выполнен из среднетемпературного стекла.

4. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах по п. 1, отличающаяся тем, что защитный наполнитель выполнен из низкотемпературного стекла.

5. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах по п. 1, отличающаяся тем, что защитный наполнитель выполнен из сильного легированного поликремния.

6. Периферия полупроводниковых приборов с повышенной устойчивостью к ионизирующему излучению в силовых полупроводниковых приборах по п. 1, отличающаяся тем, что защитный наполнитель выполнен из металла.