Високовольтний транзистор

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к конструкции высоковольтных транзисторов. В настоящее время в промышленности широко используются высоковольтные полупроводниковые приборы, в частности быстродействующие высоковольтные переключающие транзисторы. Для обеспечения в таких приборах требуемых высоких значений максимального тока, малого значения сопротивления насыщения, и высоких частотных свойств, необходимо, чтобы они обладали высоким пробивным напряжением при минимально возможном удельном сопротивлении исходного кремния. Известно, что в высоковольтных полупроводниковых приборах пробой р-n перехода происходит практически всегда на поверхности. Для того, чтобы увеличить поверхностное пробивное напряжение существует ряд методов. Известна конструкция высоковольтного биполярного транзистора [1], содержащая области эмиттера, базы и коллектора, в приповерхностной зоне последней сформированы кольцевые области того же, что и область базы типа проводимости. Благодаря тому, что расстояние от основного р-n перехода до первой кольцевой области и между последующими кольцевыми областями выбирается меньшим чем ширина пространственного заряда, соответствующая началу поверхностного пробоя основного р-n перехода (при отсутствии вокруг него кольцевых областей), возникает возможность "прокола" между основным переходом и первой кольцевой областью, затем первой и второй кольцевой областью и т.д. После того, как "прокол" возник, электрическое поле в "проколотом" зазоре перестает расти при увеличении напряжения, поданного на р-n переход, и в этом зазоре поверхностного пробоя не происходит. Затем начинает расти поле во втором зазоре и т.д. В результате напряжение поверхностного пробоя повышается. Недостатком такого устройства является то, что в нем не учтено наличие неизбежных разбросов таких величин, как глубина р-n перехода, удельное сопротивление исходного полупроводникового материала в объеме и на поверхности (поверхностное сопротивление может неконтролируемым образом уменьшаться за счет наличия примесей в защитном покрытии и на поверхности полупроводника и быть в несколько раз ниже объемного), а также наличие продольного поля, вызывающего перераспределение зарядов в защитном покрытии. Наличие всех этих недостатков приводит к тому, что такие приборы будут иметь недостаточно высокое пробивное напряжение, далекое от объемного пробивного напряжения. Эти недостатки обусловлены самим принципом устройства, который не учитывает побочных факторов (разброс глубины р-m перехода, удельного сопротивления, поверхностное продольное поле и т.п.). Известна конструкция высоковольтного прибора, выбранная в качестве прототипа [2], содержащего области базы и коллектора, в приповерхностной зоне последней сформированы кольцевые области того же, что область базы, типа проводимости, области выполнены на разном расстоянии (Y) друг от друга, которое монотонно увеличивается к периферии и удовлетворяет следующему соотношению: , где Xj min - минимально допустимая глубина кольцевой области; Xj mах - максимально допустимая глубина кольцевой области; k - коэффициент, равный 0,1-0,2; d - минимальная ширина области пространственного заряда, соответствующего поверхностному пробою; n - номер кольцевой области. За счет такой конструкции расположения кольцевых областей частично компенсируется разброс глубины диффузии, и удельного сопротивления исходного полупроводникового материала в объеме и на поверхности. Недостатком известной конструкции фиг. 1 является то, что она не учитывает наличие продольного электрического поля на защитном покрытии 1 между металлизацией базовой области 2 и коллекторе 3. Под действием этого поля на поверхности защитного покрытия формируется определенное распределение зарядов 4, в том числе и над областью распространения пространственного заряда кольцевых структур 5. Чем ближе кольцевая структура к базовой области, тем больше заряд на защитном покрытии над этой структурой. Этот заряд вызывает инверсию поверхности коллектора между кольцевыми областями, замыкая их инверсным каналом 6, что приводит к неработоспособности ближайших к базе колец. Тем самым снижается пробивное напряжение база-коллектор. И чем ближе коллекторное напряжение, тем больший заряд наводится на защитном слое, тем большее количество кольцевых стр уктур не работает и тем меньше пробивное напряжение. Задачей изобретения является повышение пробивного напряжения за счет устранения электростатического поля вдоль поверхности защитного слоя. Указанная задача решается тем, что в высоковольтном транзисторе, содержащем области эмиттера, базы, коллектора, слой защитного диэлектрика с окнами для контактов к активным областям, при этом в области коллектора расположены кольцевые области противоположного коллектору типа проводимости, согласно изобретению, на защитном диэлектрике сформирован полевой электрод, расположенный под коллекторной областью вне области распространения пространственного заряда охранных колец и соединенный с контактом к базовой области. Над базовой областью вводят второй дополнительный полевой электрод, расположенный между контактом к базовой области и первым дополнительным электродом, который имеет одинаковый потенциал со вторым. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано возникновение инверсионных каналов, снижающих пробивное напряжение конструкции транзистора. На фиг. 2 показана конструкция транзистора с зоной нулевого продольного поля. Высоковольтный транзистор, фиг. 2а содержит эмиттер 1, базу 2, коллектор 3, в приповерхностной зоне которого сформированы кольцевые охранные области 4, противоположного коллектору типа проводимости. На защитном покрытии (SiО2)-5, лежащем над областью распространения объемного заряда, расположена зона с нулевым продольным электрическим полем 6. Эта зона образована за счет подачи одинакового потенциала между базовым и . дополнительным электродом 7, Uб=UI. Причем дополнительный электрод 7 расположен над коллекторной областью вне области пространственного заряда охранных колец 4 и соединенный с контактом к базовой области. Другой вариант конструкции высоковольтного транзистора (фиг. 2б) предусматривает формирование еще одного дополнительного электрода 8, лежащего над базовой областью 2. Первый 7 и второй 8 дополнительные электроды имеют одинаковые потенциалы, U1 = U2. Поэтому между ними на поверхности защитного слоя образуется зона с нулевым продольным полем - 6, которая препятствует возникновению инверсионных каналов. Зона с большим продольным электрическим полем может образоваться между вторым дополнительным электродом 8 и базовым электродом, но она уже не будет вносить вклад в снижение пробивного напряжения, т.к. лежит не под коллекторной, а над более высоколегированной базовой областью. Использование предлагаемой конструкции высоковольтного транзистора позволяет за счет устранения продольного электрического поля на поверхности защитного слоя, убрать инверсионные каналы, шунтирующие кольцевые области, что позволяет повысить пробивное напряжение транзистора. Кроме этого, такая конструкция позволяет увеличить процент выхода годных при изготовлении транзисторов и повысить их надежность при контроле и эксплуатации, за счет устранения эффекта накопления зарядов на защитном слое над областью распространения объемного заряда между базой и коллектором.