Диод Шоттки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Блынский Виктор Иванович Малышев Сергей Александрович Солодуха Виталий Александрович Соловьев Ярослав Александрович Турцевич Аркадий Степанович Чиж Александр Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Диод Шоттки, содержащий высоколегированную кремниевую подложку -типа проводимости со слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости,на котором сформирован барьерный электрод Шоттки, под барьерным электродом по его периферии в эпитаксиальном слое сформировано охранное кольцо -типа проводимости,внешний край которого, выведенный на поверхность эпитаксиального слоя, закрыт слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен контактный электрод к охранному кольцу и барьерному электроду, отличающийся тем, что под барьерным электродом в эпитаксиальном слое у границы с подложкой сформированы одинаковые локальные области -типа проводимости с одинаковым шагом, образующие с подложкой омический контакт, причем упомянутые локальные области выполнены с шириной в области эпитаксиального слоя, большей 2 мкм, и высотой, большей 0,1 толщины эпитаксиального слоя,но меньшей глубины залегания перехода охранного кольца. 2. Диод по п. 1, отличающийся тем, что барьерный электрод сформирован в выемке глубиной от 0,1 до 0,3 мкм, выполненной в эпитаксиальном слое. 18438 1 2014.08.30 Изобретение относится к области электронной техники, конструкции кристалла мощного диода Шоттки, и может быть использовано в различных изделиях силовой электроники, устойчивых к воздействию статического электричества (СЭ). Известен диод Шоттки 1, включающий сильнолегированную кремниевую подложку-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, в котором через окно в окисле с фронтальной стороны эпитаксиального слоя вытравлено углубление со сформированным в нем барьерным электродом, под которым по периферии барьерного электрода в эпитаксиальном слое сформировано охранное кольцо -типа. Конструкция диода Шоттки обладает низкой устойчивостью к воздействию (СЭ). Известен диод Шоттки 2, включающий сильнолегированную кремниевую подложку-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, в котором через окно в окисле с фронтальной стороны эпитаксиального слоя вытравлено углубление со сформированным в нем барьерным электродом, под которым по периферии барьерного электрода в эпитаксиальном слое сформировано охранное кольцо -типа с поверхностной концентрацией бора от 1018 до 1019 см-3. Увеличение поверхностной концентрации бора в охранном кольце позволяет улучшить устойчивость к воздействию СЭ за счет снижения сопротивления охранного кольца. Однако данная структура не обеспечивает устойчивость диодов Шоттки к воздействию СЭ из-за неравномерного протекания разрядного тока через барьер металл-кремний. Наиболее близким техническим решением является диод Шоттки 3, включающий сильнолегированную кремниевую подложку -типа проводимости со сформированным на ней слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, на поверхности которого сформирован электрод Шоттки, по краю которого расположено охранное кольцо р-типа, образующее с эпитаксиальным слоем переход с общим контактным электродом к нему и барьерному электроду. В подложке под электродом Шоттки сформирован скрытый слой с типом проводимости, совпадающим с типом проводимости подложки, и концентрацией легирующей примеси большей, чем в эпитаксиальном слое. Данный диод Шоттки также обладает низкой устойчивостью к воздействию СЭ (малой импульсной электрической прочностью), обусловленной неоднородным протеканием импульса разрядного тока через переход металл-кремний. Технической задачей изобретения является повышение устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества. Техническая задача решается тем, что в диоде Шоттки, содержащем высоколегированную кремниевую подложку -типа проводимости со слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, на котором сформирован барьерный электрод Шоттки, под барьерным электродом по его периферии в эпитаксиальном слое сформировано охранное кольцо -типа проводимости, внешний край которого, выведенный на поверхность эпитаксиального слоя, закрыт слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен контактный электрод к охранному кольцу и барьерному электроду, под барьерным электродом в эпитаксиальном слое у границы с подложкой сформированы одинаковые локальные области -типа проводимости с одинаковым шагом, образующие с подложкой омический контакт, причем упомянутые локальные области выполнены с шириной в области эпитаксиального слоя, большей 2 мкм, и высотой, большей 0,1 толщины эпитаксиального слоя, но меньшей глубины залегания перехода охранного кольца. Барьерный электрод может быть сформирован в выемке глубиной от 0,1 до 0,3 мкм,выполненной в эпитаксиальном слое, что позволит улучшить чистоту границы раздела металл-кремний, тем самым стабилизировать высоту барьерного электрода Шоттки по площади и исключить появление горячих точек, обусловленных преимущественным протеканием электрического тока в местах локального снижения его высоты. 18438 1 2014.08.30 Расстояние, на которое распространяется за 1 мкс тепловой импульс в кремнии, составляет 10 мкм. Соответственно, оптимальное расстояниемежду локальными областями -типа проводимости, с учетом распространения теплового импульса в обе стороны от области -типа проводимости, составляет 20 мкм. Совокупность указанных признаков позволяет увеличить устойчивость диода Шоттки к воздействию статического электричества за счет того, что выделение тепла в точках локального пробоя диода Шоттки происходит одновременно во многих точках ОПЗ, распределенных по его объему, что уменьшает их локальный перегрев и обуславливает лучшие условия теплоотвода. Сущность изобретения поясняется на фигуре. Диод Шоттки содержит высоколегированную кремниевую подложку 1 -типа проводимости со слаболегированным эпитаксиальным слоем 2 того же типа проводимости, на котором сформирован барьерный электрод 3. Под барьерным электродом 3 по его периферии в эпитаксиальном слое 2 сформировано охранное кольцо 4 -типа проводимости,внешний край которого, выведенный на поверхность эпитаксиального слоя 2, закрыт слоем диэлектрика 5, на поверхности которого расположен контактный электрод 6 к охранному кольцу 4 и барьерному электроду 3. Под барьерным электродом 3 в эпитаксиальном слое 2 у границы с подложкой 1 сформированы одинаковые локальные области -типа проводимости 7 с одинаковым шагом, образующие с подложкой 1 омический контакт. Упомянутые локальные области 7 выполнены с шириной в области эпитаксиального слоя 2,большей 2 мкм, и высотой, больше 0,1 толщины эпитаксиального слоя 2, но меньшей глубины залегания перехода охранного кольца 4. Диод Шоттки работает следующим образом. При небольшом обратном электрическом смещении ток через диод Шоттки определяется примерно одинаковым током через различные участки ОПЗ барьера Шоттки. При увеличении обратного напряжения на диоде Шоттки его ОПЗ расширяетстся. При обратном смещении на диоде Шоттки, соответствующем предпробойному напряжению, ОПЗ барьера Шоттки достигает локальных областей -типа проводимости 7. При напряжении пробоя в этих участках развивается микроплазменный пробой. При этом размеры микроплазмы в кремнии не превышают в начальный момент времени 2 мкм. В режиме пробоя обратный ток диода Шоттки распределяется в участках ОПЗ над многочисленными локальными областями -типа проводимости 7, что приводит к снижению тока, текущего через одну микроплазму, и уменьшению ее перегрева. Пробой и образование микроплазм вследствие одинаковой глубины локальных областей -типа проводимости 7 и концентрации легирующей примеси в них происходят при одинаковом напряжении. Расположение микроплазм с одинаковым шагом обуславливает равномерность выделяющегося тепла по объему ОПЗ, увеличение рассеиваемой на диоде Шоттки мощности и,соответственно, увеличение устойчивости к электростатическому пробою. Для возникновения гарантированного первоначального пробоя участков ОПЗ над локальными областями -типа проводимости 7 необходима глубина их расположения в эпитаксиальном слое 2, больше чем 0,1 его толщины. Если глубина локальных областей-типа проводимости 7 больше глубины залегания перехода охранного кольца 4, то напряжение пробоя диодной структуры при обратном смещении будет определяться напряжением пробоя перехода металл-кремний, а не охранного кольца 4, что также приведет к снижению устойчивости диода Шоттки к воздействию СЭ. Таким образом, заявляемое изобретение позволяет решить задачу повышения устойчивости диода Шоттки к воздействию статического электричества. Пример выполнения. На кремниевой подложке-типа проводимости 1 с удельным сопротивлением 0,003 Омсм выращен эпитаксиальный слой 2 того же типа проводимости толщиной 11 3 18438 1 2014.08.30 мкм с концентрацией фосфора 1015 см-3. В эпитаксиальном слое 2 сформировано охранное кольцо 4 -типа проводимости. Эпитаксиальный слой сформирован в 2 этапа. После первого этапа выращивания эпитаксиального слоя его поверхность окисляется. После этого в окисле образованы окна, через которые имплантациейсформированы локальные области -типа проводимости 7 диаметром 2,5 мкм и концентрацией легирующей примеси 1017-1018 см-3. Активная площадь барьерного электрода 3 (внутри охранного кольца 4) составляет 2,42,4 мм. Максимальное рабочее напряжение диода Шоттки - 100 В. В качестве материала барьерного электрода 3 использован молибден. Для контакта к барьерному электроду 3 и охранному кольцу 4 используется контактный электрод 6, выполненный из алюминия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4