Полупроводниковый прибор

пленарной стороне кристалла поверх пленочного омического контакта выращивается объемный электрод. например, из серебра,а на покрытие из 5602 наносится пленке Тегов. причем контактное окно в Та 2 О 5 выполнено с перекрытием границ контактного окна в 502. В такой конструкции положительный эффект достигается. главным образом, за счет компенсации положительного связанного заряда в 5 то 2 отрицательным зарядом в ТавОз и улучшения барьерных свойств защитно-пассивирующего покрытия по отношению к таким примесям. присутствующим в стекле. как Ц К. На. Эти и некоторые другие примеси вследствие малой энергии ионизации диффундируют преимущественно в виде ионов и захватываются ловушками на границе раздела ЗЮ 2/Та 2 О 5. Вместе с тем кристалл остаетсяуятзвшямьтм в процессе высокотемпературной сборки по другой важной причине. которая состоит в том. что проволочные выводы. между которыми расположен кристалл. в условиях размягчения стекла и воздействия случайных тангенциальных смещении (в процессе перетиещеттил кассеты с заготовками приборов. свободно размещенными в ней для создания прижимного осевого усилия по нормам на проволочные выводы) могут сдвигаться относительно кристалла и вследствие расцентровки передаваемого усилия и перекоса вьтзьтвать механические повреждения периферийных участков защитно-пассьтвирутощего покрытия. приводя к параметрическим или катастрофическими (типа ка.) отказам и отбраковке по электрическим параметрам. Наиболее близкой к изобретению является конструкция полупроводникового прибора. герметизируемого в стеклянном корпусе. содержащего между торцовыми поверхностями металлических проволочных выводов кристалл с пленарной структурой (легированной областью в центральной части и охватывающим ее охранным кольцом) в эпитаксиальном слое и объемным металлическимэлектродом. в которой в целях ьтсключентля возможного смещения кристалла по торцовой поверхности проволочного вывода из центрального положения при сборке в одном из выводов имеется фиксирующее углубление со окошенными или вертикальными стенками. Однако качество контакта пленочного электрода кристалла с проволочным выводом в зоне углубления. если при сборке кристалл случайным образом оказывается сориентнрованньтм в зону углубления именно пленочным. а не объемным электродом(вероятность чего равна примерно 1/2). яв ЛЯВТСЯ НСВЫСОКИМ нз-за НИЗКОЙ ЧИСТОТЫ(большой шероховатости) поверхности выПОДЭ Вследствие того. что возтложности чистовых механических и химических методов обработки небольших локальных поверхностей ограничены. Поэтому переходное сопротивление таких прижимных контактов является повышенным и характеризуется большой дтлстттзрсьтей. вследствие чего имеет место высокий процент брака при контроле такого параметра прибора. как падение напряжения на прямосмещенном диоде.Если же кристалл оказывается сориен тирован в зону углубления объемным элект родом (вероятность чего также равна 1/2). то качество прижимных контактов будет более ВЫСОКИМ. НО ППИ ЭТОМ ОТЧЭТЛИВО ППОЯВ ляется другой недостаток такой конструкции прибора. связанный с перекосом кристалла в углубленишоообенно высока вероятность перекоса кристалла в случае углубления со скошенными боковыми стенками. Появлению перекоса способствует отсутствие должной жесткости расположения проволочных выводов в корпусе (в виде втулки) из размягченного при температуре сборки стекла. Следствием этого является касание одной из планарных сторон кристалла с зашито-пассивирующим покрытием поверхности проволочного ВЫВОДЫ. КОТОООЕ. С УЧЕТОМ ДЕФЕКТНОСТИ ПО крытия, шероховатости поверхности вывода. НЭЛИЧИЯ МЪЭХЭНИЧЕСКИХ НЗППЯЖЕНИЙ В приборе при затвердевании стекла и формировании металлостеклянньтх спаев. приводит на значительнот части приборов Производственной партии к существенному возрастанию токов утечки и снижению пробивного напряжения обратносмещенньтх диодов либо к отказам типа к.з. при контроле электрических параметров собранных приборов. Концентрация механических напряжений в защитно-пассивируъоцтем покрытии кристалла на участке касания с проволочным выводом. если и не приводитк браку непосредственно при изготовлении, ТО В УСЛОВИЯХ ТЭЦМОЦРХКЛЪЛООВЭНИП при ЭКС плуатацитьт может вызывать отказ прибора.Целью изобретения является повышение надежносттл И ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ.С этой целью в известном полупроводниковом приборе, содержащем размещенный в стеклянном корпусе между торцовыми поверхностями двух проволочных выводов. герметично спаянных с корпусом. кристалл кремния. вьтполттенттый С ЗПИТЭКПСИЭПЬНЫГЛ СЛОЕМ ОДНОИЪАЕННОГО ТИПЭ проводимости и с рзсполомсснттьтмтт у поверХНОСТИ кристалла В ЦЕНТЭАПЬНОЙ ОГО ЧЗСТИ легированной областью противоположноготипа проводимости. соединенной с объемным металлическим электродом, и охватывающим ее охранным кольцом. выполненным в виде легированной области одноименного с зпитаксиальным слоем типа проводимости. на остальной периферийной части эпитаксиального слоя у поверхности кристалла расположена легированная область одноименного типа проводимости с легированной областью в центральной части кристалла.На чертеже изображен предлагаемый прибор.Кристалл кремния (подложка) 1 п- (или р-) типа сильно легирован примесью соответствующего типа, например сурьмой для п- или бором для р-типа, для снижения полного сопротивления полупроводниковойслой 2 л- (или р) типа. т.е. одноименного с подложкой типа проводимости. имеет более низкую степень легирования для того, чтобы получить область обедненного пространственного заряда р-п-перехода достаточной ширины и тем самым обеспечить требуемые характеристики обратносмецтенного диода высокое пробивное напряжение. невысокий уровень обратных токов. В центральной части кристалла с зпитаксиальным слоем расположена область 3 р- (или п-) типа, сформированная. например. диффузией ътли ионным легированием через маску в слое 4 термического 5102. Защитно-пассивируюцтее покрытие 5 не имеет принципиального значения для предлагаемой конструкции прибора. но выполняет определенную функцию служит для компенсации положительного связанного заряда в 5502 и соответственно для существенного понижения обратных токовприбора. Выполнению этой функции служиттакже охранное кольцо 6 п- (или рътипа). Контакт омического типа к легированной области образован наносимой в вакууме пленкой 7, на поверхности которой выращен объемный электрод (вывод) 8. например. из серебра. Новым в конструкции прибора эле- ментом является легированная область 9одноименного с легированной областью в центральной части типа проводимости. т.е. р- (или п-)типа. Она может быть получена в едином процессе с центральной областью и занимает остальную (свободную) часть эпитаксиального слоя.Габаритные размеры кристалла, например квадратной формы, всегда больше размеров областей, занимаемых объемным электродом и охранным кольцом, из-за необходимости учета погрешностей при резке пластины на отдельные кристаллы и механически нагруженного слоя с четырех боко 10вых граней кристалла, Внешними выводами прибора служат одинаковые металлические проволочные выводы 10 (контактирующий с объемным электродом) и 12 (контактирующий с металлической пленкой контакта 11 на тыльной стороне кристалла). В процессе высокотемпературной сборки проволочные выводы, например. из платинита образуют со стеклянным баллоном корпуса 13 герметичный спай И.В такой конструкции полупроводникового прибора практически исключается возможнос гьцкороткого замыкания, а такжепоявления значительных обратных токов иснижения пробивного напряжения обратноемещенного диода в случаях касания проволочным проводом защитно-пассивирующего покрытия на планерной стороне. кристалла. Вероятность-такого касания существует по следующим причинамугловое смещение (перекос) вывода 10 при сборке из-за размягчения стекла баллона 13 в процессе образования метаплостеклянного спая. вероятного расположения кристалла со смещением относительно оси симметрии металлических выводов. изгиба. ППОТЯЖЕННЫХ проволочных БЫВОДОВ И ОЭЗЛОжения в этой связи на нормальную и тангенциальнупо- составляющие прикладываемого при помощи грузиков усилия прижатия выводов к кристаллу при сборке. механических вибраций и толчков на этапах загрузки деталей приборов в кассету и транспортировки в нагретой зоне печкиотклонение торцовых плоскостей металлических выводов от строго нормального по отношению к оси выводов положения- погрешность плоскостности торцовых поверхностей выводовсмятие объемного электрода в процессе сборки.Если касание в силу названных причин имеет место, то оно происходит на периферийных участках планерной стороны кристалла, где под защитно-пассивирующим покрытием расположена дополнительная легированная область 9 противоположного с эпитаксиальным слоем типа проводимостн. При нарушении в этой связи свойств диэлектрической пленки покрытия и появлении проводящих каналов между выводом и кристаллом на периферийных участках(непосредственно после сборки или в процессе эксплуатации в условиях термоциклирования) не происходит существенного возрастания токов утечки. снижения пробивного напряжения обратносмещенного диода и тем более короткого замыкания р- и л-областей через металлический проволочный вывод. В случае контактирования вывода 10 на край кремниевого кристалла сквозного замыкания цепи между вьяаодами 10 и 12 не происходит благодаря параллельно подключенному рк-п-гтереходу (области 9 и 2).Поэтомувозрастает надежность приборов в процессе эксплуатации. в том числе в условиях термоциклирования. и снижается процент отбракованных приборов. если дефектные участки защитно-пассивирующего покрытия в местах соприкосновения с металлическим проволочным выводом проявили себя непосредственно после сборки на этапе контроля электрических параметров.П р И м е р 1. Полупроводниковый прибор выполнен на подложке 31 (Н) марки КЭС 0.01 со сформированным стандартным процессом эпитаксиального выращивания слоем п 31 толщиной 17 мкм и удельнымсопротнвленьтеьа .1.ООьл.-смРазмер. кри сталла квадратной формы 0,5 к 0.5 мм. В центральной части эпитаксиального слоя кристалла диффузией бора сформирована область р-типа глубиной 10 глкм и диаметром 220 мкм. В партии приборов Мг 2 одновременно формировалась область р-типа с такой же глубиной, расположенная на остальной части эпитаксиального слоя (по периметру кристалла) и имеющая внутренний диаметр 390 мкм. В партии приборов Мг 1 дополнительная область не формировалась. Охранное кольцо на всех приборах формировалось диффузией фосфора и имеет размеры наружный диаметр 330 мкм,внутренний 275-мкм. глубьтна 3 мкм. Защитно-пассивирующее покрытие из оксида тантала толщиной 0.1 мкм расположено на пленке термического оксида кремния толщиной 0.9 мкм. Контактное окно к центральной р-области имеет диаметр 160 мкм по слою оксида кремния и 140 мкм по слою оксида тантала. К подлегированному рь слою в контактном окне (диффузия бора. поверхностное сопротивление 16-22 Ом/квадрат. глубина 1 мкм) выполнен пленочный контакт 7(О 13 мкм)/А 9(0.8 мкм). на котором электролитически выращен серебряный объемный электрод диаметром 2001240 мкм и высотой 50-60 мкм. На тыльной стороне кристалла сформирован пленочный контакт /(0.13 мкм)/ПСр(0.8 мкм)А 9(О.11 мкм). Резка пластин на кристаллы осуществлялась алмазными дисками.Сборка кристаллов производилась в трубчатый корпус (баллон) типа КД-З из стекла С 93-1 (внутренний диаметр 0.8 мм,наружный 1.9 мм. длина 3.8 мм). Платинитовые проволочные выводы имеют диаметр 0.8 мм. Кристалл помещали в стеклянный корпус между торцовыми поверхностямивыводов, которые затем прижимали к кристаллу с усилием 0.2 Н с помощью грузика. Заварку выводов (герметизация) осуществляли при 845 С в течение 30 с. Термовыдержка после заварки 8 ч при 375 С.П р и м е р 2. Полупроводниковый прибор выполнен на подложке 51 (Н) марки КДБ 0.01 с эпитаксиальным слоем р 51 толщиной 15 мкм и удельным сопротивлением 0.8 Ом-см. Размеры кристалла. диффузионных областей. контактного окна и объемного электрода соответствуют примеру 1. так же как и защитно-ттассивирующее покрытие. пленочные контакты. В партии приборов М 3 диффузией фосфора формировалась пегированная область п-типа в центральной части эпитаксиального слоя. а в партии приборов Мг 4 одновременно также и дополнительная легированная область п-типа на ОСТЗЛЬНОЙ ЧЗСТИ эпита-ксьтальтао-го СЛОа(вокруг охранного кольца. легированного бором). Сборка приборов производилась по примеру 1.Отбраковка приборов после сборки(герметизации) осуществлялась следующим образом. С помощью измерителя характеристик Л 2-56 определяли наличие к.з а также пробивное напряжение при обратном включении диода (критерием годности приборов являпось отсутствие пробоя при напряжении 85 В).Надежность приборов оценивали количеством отказавших приборов после цикла типовых для приборов данного типа испытаний. включающеготермоциклирование ( б 0)(125)С. пять циклов по 30 мин, время переноса не более 1 мин (камера КТЦ-О,О 25)испытание на влагоустойчивость температура 40 С. относительная влажность 9 б. продолжительность 8 ч (КТВ-Од 155)- электротермотренировка - 125 С. продолжительность 168 ч. электрический режим обратное напряжение На 75 В,прямой ток ПР 50 мА (КТХ-0 А-б 5/155)Отбраковка приборов после испытаний осуществлялась аналогично отбраковке после сборки.Основные результаты проведения опытных партий (МвМз 1-4) полупроводниковых приборов с описанными о примерах структурами приведены в таблице.Как видно из результатов. представленных в таблице. полупроводниковые прибрры предлагаемой конструкции (партии ММ 2 и 4) по сравнению с приборами без дополнительной легированной области р- (или т) типа (соответственно партии ММ 1 и 3) име 9ЮТ больший выход годных после сборки. а также более высокую надежность.Технология изготовления полупроводникового прибора предлагаемой конструкции базируется на стандартных операциях Формирования легированных областей. а процесс сборки (герметизации) становится менее критичен к погрешности поддержания температуры по причине устранения явлений деградации свойств прибора. гсвязанньлх с частичной деформацией стеклянного корпуса.Полупроводниковый прибор. содержащий размещенный в стеклянном корпусе между торцовыми пвоверхностягли двух металпшских проволочных выводов. Герметично спаянных с корпусом. кристаллНомер партии Тип структуры полупроводникового г приборап 55 подлож 5 ка с робла стью в 5 центральной части Тог же с до- попнительггост р 2 областьоо(предлагаемая конструкция) д р 5 й подложка с побластью в центральной части Тот же. с дополнительной побластыоКоличество л иборов из партии 1000 шт. отбракованных после сборкикремния. выполненный с эпитаксиальным слоем одноименного типа проводимости и с расположенными у поверхности кристалла вценгральной его части легированной областью противоположного типа проводимости. соединенной с объемным металлическим электродом, и охватывающим ее охранным кольцом. выполненным в виде легированной области одноименного с эпитаксиальным слоем типа проводимости,отл ичающийся тем. что.сцелью повышения надежности и технологичности. на остальной периферийной части эпитаксиального слоя у поверхности кристалла расположена легированная область одноименного типа проводимости с легирован ной областью в центральной части поверхности кристалла.по признаку по пробивно к.3 му напряже нию