ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СИЛОВОЙ ДИОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H01L29/868 H01L21/329 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к высокочастотному силовому диоду, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, а также к способу изготовления такого высокочастотного силового диода.

Уровень техники

Для сварки сопротивлением известно использование сварочных диодов, которые являются силовыми полупроводниковыми диодами, такими как выпрямительные диоды. Сварка сопротивлением является технологией, используемой для соединения листов металла. Возможно наиболее общим применением сварки сопротивлением является точечная сварка в способ изготовления корпусов автомобилей, в котором множество промышленных роботов, которые установлены на сборочных линиях, являются устройствами для точечной сварки. Сварка сопротивлением является процессом, в котором контактирующие металлические поверхности соединяются за счет тепла, получаемого вследствие сопротивления электрическому току. Соответственно, ключевым фактором, оказывающим влияние на тепло или температуру сварки, является электрический ток и продолжительность времени сварки. Маленькие сварочные ванны из расплавленного металла образуются в точке наибольшего электрического сопротивления (соединяющиеся или сопрягаемые при сварке поверхности), поскольку большой электрический ток в диапазоне от нескольких 1,000 А до 100,000 А проходит через металл.

Соответственно, главным признаком сварочного диода является допустимая нагрузка по электрическому току в вышеуказанном диапазоне от нескольких 1,000 А до 100,000 А, комбинируемая с низким напряжением в открытом состоянии диода и очень низким термическим сопротивлением, в то время как требуемое обратное смещение напряжения является относительно низким, обычно в диапазоне от 200 В до 600 В.

Известный сварочный диод показан в разрезе на фиг. 1f. Он содержит кремниевую подложку, имеющую первую главную сторону 1 и вторую главную сторону 2, противоположную первой главной стороне 1. В подложке располагаются сформированные в ней от первой главной стороны 1 ко второй главной стороне 2: высоколегированный слой 3 анода p-типа, смежный с первой главной стороной 1, низколегированный слой 4 основания n-типа, и высоколегированный слой 5 катода n-типа, смежный со второй главной стороной 2 подложки. Анодный слой 3, слой 4 основания и слой 5 катода образуют структуру диода с модулированной проводимостью. На первой главной стороне 1 подложки формируется анодный электрод 6, а на второй главной стороне 2 подложки формируется катодный электрод 7.

В дальнейшем способ изготовления для известного сварочного диода описывается со ссылками на фиг. 1a-1f. Известные сварочные диоды являются диффузионными pin-диодами, изготовленными с помощью диффузионных процессов, которые являются более экономически эффективными, чем производство сварочного диода с помощью более сложного процесса эпитаксии. Особенно эпитаксиальное выращивание слоя с собственной электропроводностью или низколегированного слоя структуры pin-диода является критическим и дорогостоящим процессом.

В первом этапе способа изготовления известного сварочного диода легирующие примеси p-типа из алюминия (Al) и бора (B) рассеиваются в низколегированной кремниевой подложке 10 n-типа со всех сторон, как показано на фиг. 1a. здесь диффузия легирующих примесей p-типа из алюминия (Al) и бора (B) обозначена стрелками. В результате первого этапа способа формируются высоколегированный слой 13 p-типа на первой главной стороне 1 подложки и другой высоколегированный слой 13' p-типа на второй главной стороне подложки, как показано на фиг. 1b. Высоколегированные слои 13 и 13' p-типа разделяются низколегированным слоем 14 n-типа, образованным материалом подложки 10. В дальнейшем высоколегированный слой 13' p-типа на второй главной стороне 2 подложки удаляется с помощью механического шлифования подложки 10 во время второго этапа способа, чтобы сформировать утоненную подложку, имеющую толщину W₁<W₀, как показано на фиг. 1c, где W₀ является толщиной подложки 10 перед утонением во время второго этапа способа.

Во время третьего этапа способа, показанного на фиг. 1d, относительно тонкий высоколегированный катодный слой 5 n-типа формируется за счет диффузии фосфора (P), как легирующей примеси n-типа в низколегированный слой 14 n-типа утоненной подложки со второй главной стороны 2 подложки, в то время как первая главная сторона 1 утоненной подложки покрывается барьерным слоем 19 оксида кремния, чтобы предотвратить диффузию легирующей примеси n-типа из фосфора (P) в высоколегированный слой 13 p-типа во время третьего этапа способа. На фиг. 1d диффузия P в подложку обозначается стрелками.

После формирования высоколегированного катодного слоя 5 n-типа во время третьего этапа способа, барьерный слой 19 оксида кремния удаляется с помощью травления, чтобы получить устройство, как показано на фиг. 1e с анодным слоем 3, слоем 4 основания и катодным слоем 5. Последними этапами способа известного способа изготовления являются этап формирования анодного электрода 6 на анодном слое 3 и этап формирования катодного электрода 7 на катодном слое 5, чтобы прийти к известному сварочному диоду, показанному на фиг. 1f.

В известном способе изготовления для сварочного диода существуют определенные ограничения, относящиеся к толщине W₂ анодного слоя 3, толщине W₃ слоя 4 основания и толщине W₄ катодного слоя 5.

Толщина первого высоколегированного слоя 13 p-типа и следовательно, также толщина анодного слоя 3 в окончательном устройстве ограничивается механической стабильностью подложки вследствие того факта, что второй высоколегированный слой 18 p-типа должен быть удален с помощью шлифования. Чем более толстым является первый высоколегированный слой 13 p-типа, тем более тонкой должна быть показанная на фиг. 1c утоненная подложка.

Кроме того, толщина W₄ катодного слоя 5 главным образом ограничивается тем фактом, что в это время ограничивается блокирующая функция барьерного слоя 19 оксида кремния. После определенного периода времени легирующая примесь n-типа будет диффундировать также и через барьерный слой 19 оксида кремния в первый высоколегированный слой 13 p-типа. Другим ограничивающим фактором для глубины диффузии катодного слоя 5 является тот факт, что не только легирующая примесь n-типа, но также легирующая примесь p-типа первого высоколегированного слоя 13 p-типа перемещается и распространяется за счет диффузии во время третьего этапа способа формирования катодного слоя 5.

В результате вышеуказанных ограничений известные сварочные диоды имеют толщину W₃ слоя 4 основания, составляющую около 100 мкм или более.

На фиг. 2 показан профиль распределения легирующей примеси известного сварочного диода, т.е. концентрация легирующей примеси от первой главной стороны 1 ко второй главной стороне 2 подложки. Здесь расстояние от поверхности подложки означает расстояние от первой главной поверхности кремниевой подложки. На фиг. 2 также показана концентрация носителя заряда в слое 4 основания в условиях смещения в прямом направлении. В результате сильной инжекции концентрация электронов n равна концентрации дырок p в слое 4 основания в сварочном диоде в условиях смещения в прямом направлении. На фиг. 2 кривая 25 из точек представляет концентрацию носителя n=p без облучения пучком электронов известного сварочного диода, а пунктирная кривая 26 представляет концентрацию носителя n=p после облучения пучком электронов известного сварочного диода. Облучение пучком электронов является известным средством для уменьшения времени существования носителя заряда за счет индуцирования ловушек глубокого уровня, действующих как центры рекомбинации в кремниевой подложке.

Для низкого напряжения в открытом состоянии диода проводимость, и следовательно, также концентрация n=р носителя заряда в слое 4 основания должна быть настолько высокой, насколько это возможно. Однако высокая концентрация n=р носителя заряда в слое 4 основания также приводит к высокому обратному заряду Qrr переключения, который в основном соответствует области под кривой, представляющей концентрацию носителя заряда (т.е. области под кривой 25 из точек или пунктирной кривой 26 на фиг. 2). При высоких частотах высокий обратный заряд Qrr переключения и высокая продолжительность существования неосновного носителя заряда в результате приводит к высоким потерям на переключение. В известном сварочном диоде облучение пучком электронов будет уменьшать потери на переключение за счет уменьшения как высокого обратного заряда Qrr переключения, так и продолжительность существования носителя заряда. Однако, как можно увидеть при сравнении кривой 25 из точек или пунктирной кривой 26, облучение пучком электронов приводит в результате при одинаковом времени к значительно уменьшенной концентрации n=р носителя заряда в слое 4 основания, и следовательно, к значительно увеличенному напряжению в открытом состоянии диода. Поскольку потери на переключение являются ограничивающим фактором для увеличения операционной частоты диода, известные сварочные диоды не предназначены для частот, превышающих частоту около 1 кГц.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является обеспечение высокочастотного силового диода для сварки сопротивлением (т.е. сварочного диода), который может использоваться при высоких частотах от 10 кГц и выше с низким напряжением в открытом состоянии диода и высокой допустимой нагрузкой по току. Также задачей изобретения является обеспечение способа изготовления для такого высокочастотного силового диода.

Эта задача достигается с помощью высокочастотного силового диода в соответствии с п. 1 формулы изобретения.

В высокочастотном силовом диоде по п. 1 формулы изобретения толщина третьего слоя, разделяющего высоколегированный первый слой от высоколегированного второго слоя другого типа проводимости, составляет менее чем 60 мкм. Поэтому обратный заряд переключения является низким и высокочастотный силовой диод может использоваться в качестве выпрямительного диода при частотах от 10 кГц и выше. При использовании высокочастотного силового диода оборудование для сварки сопротивлением может работать при более высоких частотах. Это дает преимущество, заключающееся в том, что в сварочном оборудовании могут использоваться трансформаторы меньшего размера. Соответственно, преимущество заключается в более низкой стоимости, меньшем занимаемом пространстве и более низком весе сварочного оборудования.

Дальнейшие варианты развития изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый слой и второй слой имеют поверхностную концентрацию легирующей примеси, по меньшей мере 7⋅10¹⁹ см^-3. Такая высокая концентрация легирующей примеси гарантирует очень низкое напряжение в открытом состоянии диода.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения полупроводниковая подложка имеет толщину 150 мкм или более. Преимущество этого признака состоит с том, что подложка имеет хорошую механическую стабильность.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство содержит ловушки глубокого уровня, действующие как центры рекомбинации для уменьшения продолжительности существования носителя заряда. В известном сварочном диоде с толщиной низколегированного слоя n-типа, составляющей около 100 мкм или более, ловушки глубокого уровня приводят к более высокому напряжению в открытом состоянии диода вследствие понижения концентрации носителя заряда в низколегированном слое n-типа в условиях смещения в прямом направлении, как обсуждалось выше. И напротив, ловушки глубокого уровня в высокочастотном силовом диоде, в соответствии с изобретением, не приводят к значительному понижению концентрации носителя заряда в третьем слое, отделяющем высоколегированный первый слой от высоколегированного второго слоя. Соответственно, ловушки глубокого уровня могут использоваться в изобретении для дальнейшего улучшения обратного восстановления и для уменьшения потерь при переключении на высоких частотах, не жертвуя при этом низким напряжением в открытом состоянии диода.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство содержит ловушки, индуцированные при облучении электронами. Облучение пучком электронов является легким, быстрым и экономически эффективным способом для генерирования в устройстве ловушек глубокого уровня.

Задача изобретения также достигается с помощью способа изготовления высокочастотного силового диода, в соответствии с п. 11 формулы изобретения.

Способ изготовления по п. 11 формулы изобретения имеет преимущество, заключающееся в том, что одновременная диффузия легирующей примеси для первого типа проводимости в полупроводниковой подложке из первой главной стороны и легирующей примеси для второго типа проводимости в полупроводниковой подложке из второй главной стороны позволяет формировать не только глубокий диффузионный анодный слой, но также и глубокий диффузионный катодный слой, чтобы производить диффузионную структуру диода с модулированной проводимостью с диффузионными анодным и катодным слоями с тонким слоем основания, составляющим менее чем 60 мкм.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения поверхностная концентрация легирующей примеси для первого типа проводимости на первой главной стороне и поверхностная концентрация легирующей примеси для второго типа проводимости на второй главной стороне сохраняются постоянными во время этапа (b) одновременной диффузии анодного слоя и катодного слоя. Признак имеет преимущество, заключающееся в том, что максимальный уровень легирующей примеси может быть достигнут с хорошим контролем способа.

В предпочтительном варианте способ содержит дополнительный этап утонения полупроводниковой подложки до толщины между 150 и 250 мкм перед этапом (b) одновременной диффузии. Этот признак имеет преимущество, заключающееся в том, что необходимая глубина диффузии может быть уменьшена, а также в том, что напряжение в открытом состоянии диода окончательного устройства может быть понижено, не жертвуя при этом механической стабильностью полупроводниковой подложки.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем будут подробно объясняться варианты осуществления изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

фиг. 1a-1f иллюстрируют способ изготовления известного сварочного диода в разрезе, при этом фиг. 1f показывает окончательно изготовленный известный сварочный диод;

фиг. 2 показывает профиль концентрации легирующей примеси известного сварочного диода, изображенного на фиг. 1f, и концентрацию носителя заряда в слое основания в условиях смещения в прямом направлении;

фиг. 3a-3e иллюстрируют способ изготовления высокочастотного силового диода в разрезе, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, при этом фиг. 3e показывает окончательно изготовленный сварочный диод, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг. 4 показывает профиль концентрации легирующей примеси сварочного диода, изображенного на фиг. 3e, и концентрацию носителя заряда в слое основания в условиях смещения в прямом направлении.

Цифровые позиции, используемые на фигурах, и их значения суммируются в списке цифровых позиций. В целом, аналогичные элементы имеют одинаковые цифровые позиции по всему описанию. Описанные варианты осуществления изобретения подразумеваются в качестве примеров и не будут ограничивать объем изобретения.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 3e показан высокочастотный силовой диод в разрезе, в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Высокочастотный силовой диод, показанный на фиг. 3e, содержит кремниевую подложку, имеющую первую главную сторону 101 и вторую главную сторону 102, противоположную первой главной стороне 101. Кремниевая подложка имеет толщину в направлении, перпендикулярном первой и второй главной стороне, около 200 мкм и диаметр в направлении, параллельном первой и второй главной стороне, около 50 мм.

В подложке существует сформированный от ее первой главной стороны 101 ко второй главной стороне 102: высоколегированный анодный слой 103 p-типа, смежный с первой главной стороной 101, низколегированный слой 104 основания n-типа и высоколегированный катодный слой 105 n-типа, смежный со второй главной стороной 102 подложки. Анодный слой 103, слой 104 основания и катодный слой 105 образуют структуру pin-диода. На первой главной стороне 101 подложки формируется анодный электрод 106, а на второй главной стороне 102 подложки формируется катодный электрод 107.

Анодный слой 103 целенаправленно легируется бором (B) в качестве легирующей примеси p-типа. Концентрация бора в анодном слое 103 понижается от концентрации 10¹⁹ см^-3 или более, предпочтительно 7⋅10¹⁹ см^-3 или более, вблизи первой главной стороны 101 подложки, до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее на границе раздела анодного слоя 103 со слоем 104 основания. Катодный слой 105 целенаправленно легируется фосфором (P) в качестве легирующей примеси n-типа. Концентрация фосфора в катодном слое 105 понижается от концентрации 10¹⁹ см^-3 или более, предпочтительно 7⋅10¹⁹ см^-3 или более, вблизи второй главной стороны 102 подложки, до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее на границе раздела катодного слоя 105 со слоем 104 основания. Слой 104 основания немного легируется фосфором как легирующей примесью n-типа с концентрацией 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее.

Профиль концентрации легирующей примеси бора в анодном слое 103 и профиль концентрации фосфора в катодном слое 105 генерируется за счет одновременной глубокой диффузии бора в подложку с первой главной стороны и фосфора в подложку со второй главной стороны. Глубина диффузии бора в анодный слой 103 и глубина диффузии фосфора в катодный слой 105 характеризуется концентрацией бора в анодном слое 103 на расстояние 50 мкм от первой главной стороны 101 и, соответственно, концентрацией фосфора в катодном слое 105 на расстояние 50 мкм от второй главной стороны на величину 10¹⁷ см^-3 или более. Толщина W₃' слоя 104 основания в настоящем варианте осуществления изобретения составляет менее чем 60 мкм. В настоящем варианте осуществления изобретения это означает, что толщина W₃' слоя 104 основания составляет менее чем две длины амбиполярной диффузии. Маленькая толщина слоя 104 основания достигается в настоящем изобретении за счет глубокого диффузионного анодного слоя 103 и глубокого диффузионного катодного слоя 105, толщина W₂' и W₄' которых составляет по меньшей мере более 50 мкм.

В дополнение к полупроводниковой подложке высокочастотного силового диода настоящий вариант осуществления изобретения содержит ловушки глубокого уровня, действующие как центры рекомбинации, чтобы уменьшать продолжительность существования носителя заряда. Если более точно, в настоящем варианте осуществления изобретения ловушки глубокого уровня являются ловушками, индуцированными при облучении пучком электронов.

На фиг. 4 показан профиль распределения легирующей примеси высокочастотного силового диода настоящего варианта осуществления изобретения от первой главной стороны 101 кремниевой подложки до второй главной стороны 102 кремниевой подложки. На фиг. 4 расстояние от поверхности подложки означает расстояние от первой главной стороны 101 кремниевой подложки. Жирная линия представляет концентрацию бора в анодном слое 103 и концентрацию фосфора в слое 104 основания и в катодном слое 105. Кривая 125 из точек представляет концентрацию носителя заряда n=p в слое 104 основания в условиях смещения в прямом направлении высокочастотного силового диода без индуцированных ловушек глубокого уровня при облучении пучком электронов, в то время как пунктирная кривая 126 представляет концентрацию носителя заряда n=p в условиях смещения в прямом направлении высокочастотного силового диода с индуцированными ловушками глубокого уровня при облучении пучком электронов. Как и в случае известного сварочного диода, обсуждавшегося со ссылками на фиг. 1 и 2, в условиях смещения в прямом направлении концентрация электронов n равна концентрации дырок p в слое 104 основания вследствие условий сильной инжекции. Как можно увидеть из сравнения кривых 125 и 126, индуцированные ловушки глубокого уровня при облучении пучком электронов не имеют значительного эффекта на концентрацию носителя вследствие маленькой толщины W₃' слоя основания, которая составляет менее 60 мкм. Поэтому в высокочастотном силовом диоде настоящего изобретения продолжительность существования носителя заряда, а также, соответственно, потери на переключение, могут быть уменьшены без значительного неблагоприятного эффекта на напряжение в открытом состоянии диода.

В дальнейшем здесь будет описываться способ изготовления со ссылками на фиг. 3a-3e для изготовления высокочастотного силового диода, показанного на фиг. 3e, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Во время первого этапа способа кремниевая подложка 110, которая немного легируется фосфором в качестве легирующей примеси n-типа с концентрацией 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее, подвергается утонению от первоначальной толщины W₀', как показано на фиг. 3a, до толщины W₁'<W₀', как показано на фиг. 3b. В настоящем варианте осуществления изобретения толщина W₀' кремниевой подложки 110 составляет 279 мкм ±25 мкм, а диаметр кремниевой подложки составляет около 50 мм. Толщина W₁' подложки 114 после утонения в настоящем варианте осуществления изобретения составляет около 200 мкм.

Во время этапа способа, показанного на фиг. 3c, одновременно производится диффузия бора (B), как легирующей примеси p-типа в утоненную кремниевую подложку 114 из ее первой главной стороны 101 и фосфора (P), в качестве легирующей примеси n-типа в утоненную кремниевую подложку 114 со второй главной стороны 102. Здесь диффузия легирующей примеси в полупроводниковую подложку должна рассматриваться как диффузия с наружной стороны подложки внутрь подложки, т.е. легирующая примесь или предшественник легирующей примеси поступают с наружной стороны во время этапа диффузии. В настоящем варианте осуществления изобретения диффузия производится из газовой фазы, где газом-носителем является обогащенный предшественником желаемой легирующей примеси, также находящейся в газообразной форме (например, фосфористый водород PH₃ для фосфора и гидрид бора B₂H₆ для бора). Во время одновременной диффузии должно быть гарантировано, что источник бора контактирует только с первой главной стороной 101 утоненной кремниевой подложки 114, но не входит в контакт со второй главной стороной 102 утоненной кремниевой подложки 114, в то же время должно быть гарантировано, что источник фосфора контактирует только со второй главной стороной 102 утоненной кремниевой подложки 114, но не входит в контакт с первой главной стороной 101 утоненной кремниевой подложки 114. Диффузия производится при высокой температуре в диапазоне от 900°C до 1400°C в течение нескольких десятков часов, чтобы получить профиль глубокой диффузии как для бора, так и для фосфора, как характеризовалось выше со ссылками на фиг. 3e. Предпочтительно, диффузия производится с постоянной концентрацией легирующей примеси на поверхности, которая также известна как «условие постоянной концентрации легирующей примеси на поверхности», в котором концентрация легирующих примесей около поверхности подложки сохраняется постоянной за счет непрерывного поступления легирующих примесей снаружи.

После этапа одновременной диффузии бора в утоненную кремниевую подложку 114 с ее первой главной стороны 101 и фосфора (P) в утоненную кремниевую подложку 114 с ее второй главной стороны 102, анодный электрод 106 формируется на анодном слое 103, а катодный электрод 107 формируется на катодном слое 105, чтобы получить высокочастотный силовой диод, показанный на фиг. 3e.

В качестве дальнейшего этапа способа высокочастотный силовой диод облучается электронами, чтобы генерировать дефекты глубокого уровня в кремниевой подложке для уменьшения продолжительности существования носителя заряда. Предпочтительно, вся активная область подложки подвергается облучению электронами.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что возможны модификации описываемых выше вариантов осуществления изобретения, не выходящих за пределы идеи изобретения, которая определяется прилагаемой формулой изобретения.

В описываемых выше вариантах осуществления изобретения использовался фосфор в качестве предпочтительной легирующей примеси n-типа для слоя 104 основания, а также для катодного слоя 105. Однако также возможно использовать любой другой вид легирующей примеси n-типа, такой как мышьяк (As), сурьма (Sb) или висмут (Bi) для этих слоев, или даже использовать более одного вида легирующей примеси n-типа. Например, слой основания может легироваться видом легирующей примеси n-типа, который отличается от легирующей примеси для катодного слоя. Слой основания также может формироваться, например, из кремния NTD (Neutron Transmission Doped - легирование с использованием радиоактивных превращений под действием нейтронов). В формуле изобретения концентрация легирующей примеси для первого типа проводимости относится к общей концентрации всех легирующих примесей, которые действуют как легирующая примесь для первого типа проводимости. Аналогичным образом, концентрация легирующей примеси для второго типа проводимости относится к общей концентрации всех легирующих примесей, которые действуют как легирующая примесь для второго типа проводимости.

В описанных выше вариантах осуществления изобретения слой 104 основания высокочастотного силового диода и кремниевая подложка 110, используемая для изготовления такого высокочастотного силового диода, была целенаправленно легирована фосфором в качестве легирующей примеси n-типа. Однако, слой 104 основания высокочастотного силового диода настоящего изобретения также может быть внутренним полупроводниковым слоем или даже может быть низколегированным слоем p-типа до тех пор, пока концентрация легирующей примеси в слое основания не будет составлять 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее.

В описанном выше варианте осуществления изобретения высокочастотный силовой диод описывался с кремниевой подложкой, имеющей толщину 200 мкм и диаметр около 50 мм. Однако размеры кремниевой подложки не ограничиваются такими значениями. В другом варианте осуществления изобретения кремниевая подложка может иметь любую другую толщину, предпочтительно более 150 мкм, а также любой другой диаметр, предпочтительно более 25 мм.

Вариант осуществления изобретения высокочастотного силового диода был описан выше с кремниевой подложкой. Однако другой полупроводниковый материал, например, такой как германий, может использоваться для высокочастотного силового диода, а также для способа изготовления такого высокочастотного силового диода.

В описанном выше варианте осуществления изобретения способа изготовления высокочастотного силового диода одновременная диффузия выполнялась из газообразного источника. Однако диффузия также может выполняться с помощью твердого источника, когда пластинки твердого вещества, содержащие легирующую примесь, прикладываются к кремниевой подложке для создания контакта с ней, или диффузия может выполняться с жидким источником (например, бромидом бора BBr₃ для легирования бором и хлористый фосфорил POCl₃ для легирования фосфором). Также возможно использовать любую комбинацию из газообразного, твердого и жидкого источников во время одновременной диффузии.

Следует отметить, что термин «содержащий» (comprising) не исключает другие элементы или этапы, и поэтому неопределенный артикль "а" или "an" не исключает множественность. Также элементы, описанные во взаимодействии с различными вариантами осуществления изобретения, могут комбинироваться.

Список цифровых обозначений:

1 первая главная сторона,

2 вторая главная сторона,

3 анодный слой,

4 слой основания,

5 катодный слой,

6 анодный электрод,

7 катодный электрод,

10 подложка,

13 высоколегированный слой p-типа на первой главной стороне подложки,

13' высоколегированный слой p-типа на второй главной стороне подложки,

14 низколегированный слой n-типа,

19 барьерный слой оксида кремния,

25 концентрация носителя заряда в условиях смещения в прямом направлении без облучения пучком электронов, вызывающего индуцирование ловушек глубокого уровня,

26 концентрация носителя заряда в условиях смещения в прямом направлении после облучения пучком электронов, вызывающего индуцирование ловушек глубокого уровня,

101 первая главная сторона,

102 вторая главная сторона,

103 анодный слой,

104 слой основания,

105 катодный слой,

106 анодный электрод,

107 катодный электрод,

110 кремниевая подложка,

114 утоненная кремниевая подложка,

W₀ толщина подложки перед утонением,

W₁ толщина подложки после утонения,

W₂ толщина анодного слоя,

W₃ толщина слоя основания,

W₄ толщина катодного слоя,

W₀' толщина подложки перед утонением,

W₁' толщина подложки после утонения,

W₂' толщина анодного слоя,

W₃' толщина слоя основания,

W₄' толщина катодного слоя.

Высокочастотный силовой диод содержит полупроводниковую подложку, имеющую первую главную сторону (101) и вторую главную сторону (102), первый слой (103) первого типа проводимости, сформированный на первой главной стороне (101), второй слой (105) второго типа проводимости, сформированный на второй главной стороне (102) подложки, и третий слой (104) второго типа проводимости, сформированный между первым слоем (103) и вторым слоем (105). Первый слой (103) имеет концентрацию легирующей примеси, которая понижается от 10¹⁹ см^-3 или более вблизи первой главной стороны (101) подложки до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее на границе раздела первого слоя (103) с третьим слоем (104). Второй слой (105) имеет концентрацию легирующей примеси, которая понижается от 10¹⁹ см^-3 или более вблизи второй главной стороны (102) подложки до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 на границе раздела второго слоя (105) с третьим слоем (104), а третий слой (104) имеет концентрацию легирующей примеси 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее. Концентрация легирующей примеси в первом слое (103) на расстоянии 50 мкм от первой главной стороны (101) подложки и концентрация легирующей примеси во втором слое (105) на расстоянии 50 мкм от второй главной стороны (102) подложки составляет соответственно 10¹⁷ см^-3 или более, а толщина третьего слоя (104) составляет менее 60 мкм. Изобретение обеспечивает получение высокочастотного силового диода, который может использоваться при высоких частотах с низким напряжением в открытом состоянии диода и высокой допустимой нагрузкой по току. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Высокочастотный силовой диод, содержащий:

полупроводниковую подложку, имеющую первую главную сторону (101) и вторую главную сторону (102), противоположную первой главной стороне (101),

первый слой (103), сформированный в полупроводниковой подложке, примыкающий к первой главной стороне (101), при этом первый слой (103) имеет первый тип проводимости, который является проводимостью n-типа или p-типа,

второй слой (105), сформированный в полупроводниковой подложке, примыкающий ко второй главной стороне (102) подложки, при этом второй слой (105) имеет второй тип проводимости, который является проводимостью n-типа или p-типа, но отличающейся от указанного первого типа проводимости,

третий слой (104), сформированный в полупроводниковой подложке между первым слоем (103) и вторым слоем (105), при этом третий слой (104) имеет указанный второй тип проводимости,

причем первый слой (103) имеет концентрацию легирующей примеси для первого типа проводимости, которая понижается от 10¹⁹ см^-3 или более вблизи первой главной стороны (101) подложки до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее на границе раздела первого слоя (103) с третьим слоем (104),

второй слой (105) имеет концентрацию легирующей примеси для второго типа проводимости, которая понижается от 10¹⁹ см^-3 или более вблизи второй главной стороны (102) подложки до концентрации 1,5⋅10¹⁵ см^-3 на границе раздела второго слоя (105) с третьим слоем (104), и

третий слой (104) имеет концентрацию легирующей примеси для второго типа проводимости 1,5⋅10¹⁵ см^-3 или менее,

отличающийся тем, что концентрация легирующей примеси для первого типа проводимости в первом слое (103) на расстоянии 50 мкм от первой главной стороны (101) подложки и концентрация легирующей примеси для второго типа проводимости во втором слое (105) на расстоянии 50 мкм от второй главной стороны (102) составляет соответственно 10¹⁷ см^-3 или более, а толщина третьего слоя (104) составляет менее 60 мкм.

2. Высокочастотный силовой диод по п. 1, в котором первый слой (103) и второй слой (105) имеют поверхностную концентрацию легирующей примеси по меньшей мере 7⋅10¹⁹ см^-3.

3. Высокочастотный силовой диод по п. 1, в котором фосфор является легирующей примесью для второго типа проводимости во втором слое (105).

4. Высокочастотный силовой диод по п. 2, в котором фосфор является легирующей примесью для второго типа проводимости во втором слое (105).

5. Высокочастотный силовой диод по п. 1, в котором бор является легирующей примесью для первого типа проводимости в первом слое (103).

6. Высокочастотный силовой диод по п. 2, в котором бор является легирующей примесью для первого типа проводимости в первом слое (103).

7. Высокочастотный силовой диод по п. 3, в котором бор является легирующей примесью для первого типа проводимости в первом слое (103).

8. Высокочастотный силовой диод по п. 4, в котором бор является легирующей примесью для первого типа проводимости в первом слое (103).

9. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, в котором полупроводниковая подложка является кремниевой подложкой.

10. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, в котором полупроводниковая подложка имеет толщину 150 мкм или более.

11. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, в котором профиль концентрации легирующей примеси сформирован путем одновременной диффузии легирующей примеси для первого типа проводимости в первую главную сторону (101) и легирующей примеси для второго типа проводимости во вторую главную сторону (102).

12. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, содержащий центры рекомбинации для уменьшения времени жизни носителя заряда.

13. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, содержащий ловушки, индуцированные облучением электронами.

14. Высокочастотный силовой диод по любому из пп. 1-8, в котором толщина третьего слоя (104) меньше чем две длины амбиполярной диффузии.

15. Способ изготовления высокочастотного силового диода по любому из пп. 1-14, содержащий:

(a) этап обеспечения полупроводниковой подложки (114); и

(b) этап одновременной диффузии легирующей примеси для первого типа проводимости в полупроводниковую подложку (114) с первой главной стороны (101) и легирующей примеси для второго типа проводимости в полупроводниковую подложку со второй главной стороны (102).

16. Способ изготовления по п. 15, в котором поверхностную концентрацию легирующей примеси для первого типа проводимости на первой главной стороне (101) и поверхностную концентрацию легирующей примеси для второго типа проводимости на второй главной стороне (102) поддерживают постоянной во время этапа (b) диффузии.

17. Способ изготовления по п. 15 или 16, дополнительно содержащий этап утонения полупроводниковой подложки (110) до толщины в диапазоне от 150 до 250 мкм перед этапом (b) диффузии.

18. Способ изготовления по п. 15 или 16, дополнительно содержащий этап формирования центров рекомбинации в полупроводниковой подложке.

19. Способ изготовления по п. 18, в котором центры рекомбинации индуцируют путем облучения полупроводниковой подложки электронами.