Стабилитрон на структуре "кремний на изоляторе"



H01L29/00 - Полупроводниковые приборы для выпрямления, усиления, генерирования или переключения, а также конденсаторы или резисторы, содержащие по меньшей мере один потенциальный барьер, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, или поверхностный барьер, например имеющие обедненный слой с электронно-дырочным переходом или слой с повышенной концентрацией носителей; конструктивные элементы полупроводниковых подложек или электродов для них (H01L 31/00-H01L 47/00,H01L 51/00 имеют преимущество; способы и устройства для изготовления или обработки приборов или их частей H01L 21/00; конструктивные элементы иные чем полупроводниковые приборы или электроды для них H01L 23/00; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированные на одной общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; резисторы

Владельцы патента RU 2783629:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких интегральных схем с управляемым напряжением стабилизации. Технический результат предлагаемого стабилитрона заключается в возможности управления напряжением стабилизации, повышении рационной стойкости и расширении области применения. Технический результат достигается тем, что в стабилитроне на структуре «кремний на изоляторе», включающем анод, катод, контакты, между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния. 7 ил.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при создании радиационно-стойких интегральных схем (ИС) с управляемым напряжением стабилизации.

Кремниевые ИС наиболее широко используются в микроэлектронике, так как являются наиболее изученными. Что связано с наличием ряда преимуществ кремния над другими полупроводниковыми материалами: широкое распространение, наличие собственного оксида кремния и др.

ИС изготовленные для гражданского потребления отличаются от схем специального назначения. При ионизирующем воздействии неизбежны явления образования точечных дефектов и кластеров в объеме кремния, а также положительных зарядов в оксиде кремния вблизи и на границе с кремнием, что сказывается на характеристиках элементов ИС, поэтому существует необходимость создания элементов, характеристиками которых можно управлять (корректировать), например, приложенным напряжением.

В патенте SU 137312 А2 «Стабилитрон» авторов В. Есина, М. Ходанича и др, опубликованном 7.02.88, бюл. №5, описано схемотехническое решение стабилизации тока с помощью четырех биполярных транзисторов. В устройстве осуществлена развязка между комплементарными транзисторами 1 и 2 первой пары и комплементарными транзисторами 3 и 4 второй пары. Недостатком данного стабилитрона является большая занимаемая площадь на кристалле и отсутствие возможности регуляции напряжения пробоя.

В патенте SU 156250 А1 «Способ изготовления стабилитрона на основе кремния» от 22.03.1962, авторов А.И. Курносое, А.С. Сущик, опубликованном 21.08.1963, бюл. №15, описан способ изготовления стабилитрона со следующими преимуществами: рабочая область р-n перехода не выходит на поверхность кристалла, что позволяет предотвратить поверхностный пробой; р-n переход можно получить практически любой площади; отсутствуют механические напряжения в р-n переходе. Описанный в патенте способ изготовления управляемого стабилитрона заключается в следующем. На пластине кремния n-типа предварительно создается диффузионный слой р-типа. После этого производится вплавление малой навески алюминия с размерами, обеспечивающими необходимую площадь р-n перехода. Затем алюминий и образовавшийся силумин вытравливаются, что снижает механические напряжения в р-n переходе. Способом гальванического никелирования наносится металлизированный невыпрямляющий контакт. Режим диффузии подбирается таким образом, что напряжение пробоя диффузионного р-n перехода больше сплавного в 2-3 раза. Недостатком данного патента является отсутствие управления напряжением пробоя стабилитрона.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является стабилитрон, описанный в патенте RU 2298256 С2 «Стабилитрон с регулировкой рабочего тока» автора А.Ф. Боронецкого H01L 29/68, опубл. 20.01.2013, бюл. №2. Технический результат, заключающийся в возможности регулировки рабочего тока стабилитрона, достигается соединением последовательно между собой источника питания, сопротивления нагрузки и ограничительного сопротивления в цепи нагрузки, снабженной триодным стабилитроном, включенным параллельно сопротивлению нагрузки, и ограничительным сопротивлением, включенным между базой и коллектором триодного стабилитрона. Недостатком данного изобретения является то, что управление током осуществляется посредством схемотехнического решения, что существенно увеличивает не только занимаемую площадь на кристалле, но и количество факторов, влияющих на результат, вследствие необходимости изготовления нескольких элементов схемы. А также увеличение количества факторов, которые необходимо учесть при анализе результата радиационного воздействия. Введение дополнительных элементов управления током (резисторов) приводит к усложнению технологии изготовления ИС и к увеличению влияния внешних факторов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание стабилитрона на структуре КНИ с возможностью регулирования напряжения пробоя, что позволяет регулировать напряжение стабилизации в условиях воздействия внешних факторов, в т.ч. ионизирующего излучения различной природы, приводящих к ухудшению параметров ИС.

Технический результат предлагаемого стабилитрона заключается в возможности управления напряжением стабилизации, повышении рационной стойкости и расширение области применения.

Технический результат достигается тем, что в стабилитроне на структуре «кремний на изоляторе», включающем анод, катод, контакты, между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния.

Изобретение поясняют следующие фигуры (на примере стабилитрона n+np+ типа).

На фигуре 1 представлен фрагмент топологии предлагаемого стабилитрона.

На фигурах 2, 4, 6 представлены основные этапы изготовления стабилитрона в сечении А на фиг. 1.

На фигурах 3, 5 представлены основные этапы изготовления стабилитрона в сечении В на фиг. 1.

На фиг. 1-6 приняты следующие обозначения:

1 - катод стабилитрона;

2 - анод стабилитрона;

3 - верхний слой вертикально расположенного р-n перехода - катод;

4 - область контакта к нижнему слою вертикально расположенного р-n перехода - аноду;

5 - слаболегированная область кремния, соединяющая, область контакта с нижним слоем - анодом вертикально расположенного р-n перехода;

6 - металлизированные контакты;

7 - кремниевая подложка структуры «кремний на изоляторе»;

8 - слой захороненного оксида кремния;

9 - слой слаболегированного кремния - приборный слой структуры КНИ;

10 - слой оксида кремния - щелевая изоляция;

11 - нижний слой р-n перехода - анод р-n перехода.

На фигуре 7 приведены вольтамперные характеристики предлагаемого стабилитрона.

Изготовление стабилитрона (на примере стабилитрона n+np+ типа), фрагмент топологии которого представлен на фиг. 1, реализуется следующим образом.

На пластине КНИ (включает поз. 7, 8) методом реактивного ионного травления формируют слой слаболегированного кремния для дальнейшего формирования структуры стабилитрона 9. Посредством последовательных операций осаждения оксида кремния и его полирования формируется щелевая изоляция 10 (фиг. 2, 3).

Затем методом ионной имплантации бора и имплантации фосфора по одной маске и дальнейшего отжига создается необходимый профиль вертикально расположенного р-n перехода (поз. 11, 3) между катодом и анодом стабилитрона (далее средняя область стабилитрона) (фиг. 4,5).

Далее легируется бором область 5, затем - сильнолегированные области 4 и 2 (фиг. 1, 5).

Затем методом ионной имплантации фосфора по маске формируется сильнолегированный катод стабилитрона 1 (фиг. 1, 6) с последующим отжигом.

Процесс изготовления стабилитрона завершается формированием силицида титана стандартным самосовмещенным способом, изоляции и металлизированных контактов 6.

Стоит заметить, что вне зависимости от типа стабилитрона предложенной конструкции (n+np+ или р+pn+), области 4, 5 и 11 в конечной структуре имеют одинаковый тип проводимости.

Устройство работает следующим образом.

Управление напряжением пробоя осуществляется посредством подачи напряжения на выведенный контакт 6 области 4, соединенный с анодом средней области стабилитрона, что равноценно приложению напряжения на анод р-n перехода средней области стабилитрона и приводит к изменению зонной энергетической диаграммы (изменения ширины области пространственного заряда р-n перехода и изменения ширины и концентрации носителей заряда катода р-n перехода средней области стабилитрона), т.е. влияет на значение напряжения пробоя стабилитрона.

Например, при подаче отрицательного напряжения на анод р-n перехода, область пространственного заряда диода расширится, что приведет к увеличению концентрации носителей и уменьшению толщин анода и катода р-n перехода, расположенного вертикально. Так как катод р-n перехода также является частью стабилитрона, результатом такого воздействия будет уменьшение напряжения пробоя стабилитрона. Что и наблюдаем на фигуре 7.

На фигуре 7 приведены вольтамперные характеристики описанного выше стабилитрона n+np+ типа, сформированного на структурах КНИ, с толщиной приборного слоя 0,2 мкм и рассчитанные посредством численного моделирования после проведения калибровки моделей по результатам экспериментально полученных данных на производственной линии. При приложении на анод р-n перехода средней области стабилитрона напряжения -0,5 В, напряжение пробоя на обратной ветви стабилитрона уменьшается на 0,28 В (кривая - а на фиг. 7) по сравнению с нулевым напряжением на контакте к средней области (кривая - 6 на фиг. 7).

Таким образом, подача напряжения на контакт, соединенный с нижней частью диода средней области стабилитрона, позволяет корректировать напряжение его пробоя в процессе эксплуатации с учетом фактического ухода параметров стабилитрона в условиях воздействия внешних воздействующих факторов.

Использование структур КНИ с толщиной приборного слоя 0,2 мкм способствует увеличению радиационной стойкости исследуемого элемента: в ходе ионизирующего воздействия нейтронов в приборном слое малой толщины генерируется меньшее количество дефектов и их кластеров, чем в структурах с толстым приборным слоем. Гамма-воздействие в свою очередь приводит к образованию положительных зарядов в оксиде кремния вблизи границы кремний-оксид кремния. В используемой технологии изготовления приборный слой кремния, в котором сформирован стабилитрон, со всех сторон окружен оксидом кремния, причем граничащий с кремнием оксид получен методом термического окисления в сухом кислороде. Это позволяет минимизировать количество дефектов, образующихся вблизи границы раздела. Положительные заряды, накопленные после гамма - воздействия, приведут к изменениям характеристик стабилитрона, что, в свою очередь, можно скорректировать посредством подачи напряжения на контакт, выполненный к аноду средней области стабилитрона - контакт управления.

Стабилитрон на структуре «кремний на изоляторе», включающий анод, катод, контакты, отличающийся тем, что между сильнолегированными областями анода и катода сформирован вертикально расположенный р-n переход, к которому выполнен контакт, соединенный с нижним слоем р-n перехода слаболегированной областью кремния.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для разработки и производства широкого класса устройств электронной техники СВЧ, в том числе радиолокационных устройств. Полевой транзистор СВЧ на полупроводниковой гетероструктуре содержит полупроводниковую подложку и последовательность, по меньшей мере, одного слоя широкозонного и одного слоя узкозонного материалов с заданными характеристиками полупроводниковой гетероструктуры типа AlGaAs-InGaAs-GaAs, электроды истока, затвора, стока, расположенные на лицевой стороне полупроводниковой гетероструктуры.

Изобретение относится к технологии получения подложки из поликристаллического карбида кремния. Способ состоит из этапов предоставления покрывающих слоев 1b, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид металла, выбранного из группы, состоящей из никеля, кобальта, молибдена и вольфрама, или покрывающих слоев, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG), имеющего свойства текучести допированного P2O5 или B2O3 и P2O5, на обеих поверхностях основной подложки 1a, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки 1, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность; формирования пленок 10 поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1 осаждением из газовой фазы или выращиванием из жидкой фазы; и химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев 1b в поддерживающей подложке для отделения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b от поддерживающей подложки 1 в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев 1b на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b, и получения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b в качестве подложек из поликристаллического карбида кремния.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочного транзистора с пониженным значением токов утечек. Способ изготовления тонкопленочного транзистора включает процессы формирования областей стока, истока, затвора, подзатворного оксида, пленки аморфного кремния на стеклянной подложке.

Концентраторный фотоэлектрический модуль содержит монолитную фронтальную панель (3), боковые стенки (1) и тыльную панель (2), по меньшей мере один первичный оптический концентратор (4), по меньшей мере один вторичный оптический концентратор в форме фокона (9), меньшим основанием обращенным к фотоэлектрическому элементу (10) с теплоотводящим элементом (11), размещенным на фронтальной поверхности тыльной панели (2).

В изобретении раскрывается карбидокремниевое переключающее устройство и метод его изготовления; устройство используется для уменьшения отношения сопротивления канала к сопротивлению устройства во включенном состоянии. Согласно настоящему изобретению верхняя структура устройства дважды подвергается обработке методом эпитаксиального наращивания, при этом концентрация примеси вторичной эпитаксиальной канальной области ниже, чем в области латерального легирования кармана Р-типа; концентрация примеси вторичной эпитаксиальной N+ области намного выше, чем в области латерального легирования кармана Р-типа; концентрация примеси N+ области намного выше, чем в области латерального легирования кармана Р-типа.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении транзисторов на пластине кремний на изоляторе (КНИ) с широкой областью применения. Способ изготовления транзистора с независимым контактом к подложке включает формирование на пластине кремний на изоляторе областей стока, истока, затвора, состоящего из двух слоев поликремния, при этом согласно изобретению независимый контакт к подложке выполняют путем создания сильнолегированной области кремния вне активной области транзистора, которую соединяют с транзистором посредством дополнительной легированной области кремния.

Изобретение относится к технологии получения составной подложки из SiC с монокристаллическим слоем SiC на поликристаллической подложке из SiC, которая может быть использована при изготовлении мощных полупроводниковых приборов: диодов с барьером Шоттки, pn-диодов, pin-диодов, полевых транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), используемых для регулирования питания при высоких температурах, частотах и уровнях мощности, и при выращивании нитрида галлия, алмаза и наноуглеродных тонких пленок.

Полупроводниковое устройство включает: подложку, область дрейфа первого типа проводимости, образованную на основной поверхности подложки, карман второго типа проводимости, образованный в основной поверхности области дрейфа, область истока первого типа проводимости, образованную в кармане, канавку затвора, образованную от основной поверхности области дрейфа в перпендикулярном направлении, находящуюся в контакте с областью истока, карманом и областью дрейфа, область стока первого типа проводимости, образованную в основной поверхности области дрейфа, электрод затвора, образованный на поверхности канавки затвора с размещенной между ними изолирующей пленкой затвора, защитную область второго типа проводимости, образованную на обращенной к области стока поверхности изолирующей пленки затвора, и область соединения второго типа проводимости, образованную в контакте с карманом и защитной областью.

Изобретение относится к области связи. Техническим результатом изобретения является обеспечение системы связи, способной предотвращать появление ряда сигналов управления, которые могут происходить в системе мобильной связи, когда удаляется виртуальная машина (VM) в устройстве узла без приостановки услуги.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов, а именно к получению пластин монокристалла широкозонного нитрида галлия (GaN) с гексагональной кристаллической решеткой. Способ получения пластины монокристалла нитрида галлия характеризуется поэтапным формированием слоистой структуры: на первом этапе на подложке Si (111) формируют слой SiC методом замещения атомов с образованием углерод-вакансионных структур, на втором этапе на полученном слое SiC формируют слой GaN N-полярности методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота, на третьем этапе на слое GaN N-полярности формируют слой AlN Al-полярности методом хлорид-гидридной эпитаксии, на четвертом этапе на слое AlN Al-полярности формируют слой GaN Ga-полярности методом хлорид-гидридной эпитаксии, после чего полученную слоистую структуру выдерживают в щелочном травильном растворе до отделения от нее верхнего слоя GaN Ga-полярности.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2021-11-29 2022-11-15T10:00:20
Наверх