DE10001869B4 - In both directions blocking controllable semiconductor switching element - Google Patents

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Abstract

Halbleiterschaltelement, das folgende Merkmale aufweist:
– einen Halbleiterkörper (1) mit einer ersten Leitungszone (10) eines ersten Leitungstyps (n), einer zweiten Leitungszone (32, 34) des ersten Leitungstyps (n), die eine stark dotierte Zone (34) und eine schwächer dotierte Zone (32) aufweist, und einer zwischen der ersten und zweiten Leitungszone (10; 32, 34) angeordneten Sperrzone (20) eines zweiten Leitungstyps (p),
– eine Steuerelektrode (40) zur Bewirkung eines leitenden Kanals in der Sperrzone (20) bei Anlegen eines Ansteuerpotentials,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Leitungszone (10) eine stark dotierte Zone (12) zum Anschluß einer Anschlußelektrode (50) und eine die stark dotierte Zone (12) in dem Halbleiterkörper (1) umgebende schwächer dotierte Zone (14) aufweist.Semiconductor switching element, comprising:
A semiconductor body (1) having a first conduction region (10) of a first conduction type (n), a second conduction region (32, 34) of the first conduction type (n) comprising a heavily doped zone (34) and a weaker doped region (32 ), and a barrier zone (20) of a second conductivity type (p) arranged between the first and second conduction zones (10, 32, 34),
A control electrode (40) for causing a conductive channel in the blocking zone (20) upon application of a driving potential,
characterized in that
the first line region (10) has a heavily doped zone (12) for connecting a connection electrode (50) and a weakly doped zone (14) surrounding the heavily doped zone (12) in the semiconductor body (1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterschaltelement gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a semiconductor switching element according to the features of the preamble of claim 1.

Derartige Halbleiterschaltelemente sind beispielsweise Feldeffekttransistoren (FET), insbesondere MOSFET, bei denen die Source-Zone eine erste Leitungszone, die Drain-Zone eine zweite Leitungszone und der sogenannte Body-Bereich oder Bulk eine Sperrzone bilden. Die Leitungszonen sind dabei p- oder n-dotiert, die Sperrzone ist komplementär zu den Leitungszonen dotiert. Die Gate-Elektrode bildet bei FET eine Steuerelektrode, welche bei MOSFET durch eine Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper, in dem das Bauteil ausgebildet ist, bzw. gegenüber der Sperrzone und den Leitungszonen isoliert ist. Bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Steuerelektrode bildet sich ein leitender Kanal in der Sperrzone zwischen den beiden Leitungszonen aus. Hierdurch ist das Leitverhalten bzw. das Schaltverhalten des MOSFET steuerbar.such Semiconductor switching elements are, for example, field effect transistors (FET), in particular MOSFET, in which the source zone has a first conduction zone, the drain zone a second conduction zone and the so-called body region or bulk form a restricted zone. The conduction zones are p- or n-doped, the blocking zone is doped complementary to the conduction zones. The gate electrode forms a control electrode in FET, which at MOSFET through an insulating layer with respect to the semiconductor body, in the component is formed, or with respect to the restricted zone and the line zones is isolated. Upon application of a drive potential to the control electrode a conductive channel forms in the exclusion zone between the two Line zones off. As a result, the conductive behavior or the switching behavior of the MOSFET controllable.

Bei sogenannten Vertikal-MOSFET ist es üblich in einem Halbleiterkörper des ersten Leitungstyps eine oder mehrere Wannen des zweiten Leitungstyps anzuordnen, in denen wiederum jeweils eine Wanne des ersten Leitungstyps angeordnet ist. Anschlußelektroden für die Drain- und Source-Zonen befinden sich dabei an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers.at So-called vertical MOSFET, it is common in a semiconductor body of the first conductivity type one or more wells of the second conductivity type to arrange, in turn, in each case a tub of the first conductivity type is arranged. terminal electrodes for the Drain and source zones are located opposite each other Sides of the semiconductor body.

Die erste und zweite Leitungszone, d.h. die Source- und Drain-Zone, sind bei dieser Ausführung nicht identisch aufgebaut. Hieraus resultieren verschiedene Sperrspannungen je nachdem, ob bei nicht anliegendem Ansteuerpotential eine Flußspannung, d.h. eine positive Spannung bei n-Kanal-MOSFET und eine negative Spannung bei p-Kanal-MOSFET, zwischen der Drain- und der Source-Elektrode oder der Source- und der Drain-Elektrode angelegt wird. In Drain-Source-Richtung lassen sich Sperrspannungen bis zu 600V erreichen, während die Sperrspannung in Source-Drain-Richtung, die auch als Rückwärtsrichtung des MOSFET bezeichnet wird, bei bekannten MOS-FET in Siliziumtechnologie nur etwa 5V beträgt.The first and second conduction zones, i. the source and drain zones, are not in this design identically constructed. This results in different reverse voltages depending on whether, if the drive potential is not present, a forward voltage, i.e. a positive voltage at n-channel MOSFET and a negative one Voltage at p-channel MOSFET, between the drain and the source electrode or the source and the drain electrode is applied. In drain-source direction can be blocking voltages up to 600V, while the reverse voltage in the source-drain direction, which is also referred to as the reverse direction of the MOSFET, in known MOS-FET in silicon technology is only about 5V.

Die US 5,473,176 beschreibt einen sogenannten Source-Down-Transistor, bei welchem eine hoch dotierte Source-Zone über eine Rückseite eines Halbleiterkörpers kontaktiert ist. Stark dotierte Drain-Zonen sind bei diesem Bauelement im Bereich einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet. An diese stark dotierten Drain-Zonen schließt sich eine schwächer dotierte Drift-Zone an, die gemeinsam mit der Drain-Zone als eine Leitungszone aufgefasst werden können. Zwischen der Drift-Zone und der Source-Zone ist eine komplementär dotierte Sperrzone vorhanden. Die Steuerelektrode erstreckt sich bei diesem bekannten Bauelement in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite durch die Drain-Zone, die Drift-Zone und die Sperrzone bis in die hoch dotierte Source-Zone.The US 5,473,176 describes a so-called source-down transistor in which a highly doped source region is contacted via a back side of a semiconductor body. Heavily doped drain zones are arranged in this component in the region of a front side of the semiconductor body. These heavily doped drain zones are followed by a less doped drift zone, which together with the drain zone can be regarded as a conduction zone. Between the drift zone and the source zone a complementarily doped blocking zone is present. The control electrode extends in this known device in the vertical direction, starting from the front through the drain zone, the drift zone and the blocking zone into the highly doped source zone.

Die EP 0 726 603 A2 beschreibt einen vertikalen Trench-MOSFET, der eine schwach n-dotierte Drift-Zone zwischen einer hochdotierten Source-Zone und einer hochdotierten Drain-Zone aufweist. In dieser Drift-Zone sind benachbart zu Gräben mit den darin angeordneten Gate-Elektroden komplementär dotierte Halbleiterzonen in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnet, so dass zwischen zwei benachbart dieser komplementär dotierten Zonen ein Bereich der schwächer n-dotierten Drift-Zone verbleibt. Dieses bekannte Bauelement stellt eine Kombination aus einem Enhancement-MOSFET und einem Depletion-MOSFET dar.The EP 0 726 603 A2 describes a vertical trench MOSFET having a weakly n-doped drift zone between a heavily doped source region and a heavily doped drain region. In this drift zone, complementary doped semiconductor zones are arranged spaced apart from one another in the lateral direction adjacent to trenches with the gate electrodes arranged therein, so that a region of the weaker n-doped drift zone remains between two adjacent these complementarily doped zones. This known device is a combination of an enhancement MOSFET and a depletion MOSFET.

Die EP 0 656 661 B1 beschreibt einen vertikalen Trench-MOSFET, dessen Body-Zone über einen Widerstand mit dessen Source-Zone verbunden ist.The EP 0 656 661 B1 describes a vertical trench MOSFET whose body zone is connected through a resistor to its source region.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein steuerbares Halbleiterschaltelement mit einer erhöhten Sperrspannung zwischen der ersten und zweiten Leitungszone, d.h. in Rückwärtsrichtung, zur Verfügung zu stellen.Of the The present invention is therefore based on the object, a controllable Semiconductor switching element with an increased blocking voltage between the first and second conduction zones, i. in reverse direction, available too put.

Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterschaltelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This The object is achieved by a semiconductor switching element with the features of Claim 1 solved.

Danach weist das Halbleiterschaltelement neben den eingangs genannten Merkmalen eine erste Leitungszone auf, die eine stark dotierte Zone zum Anschließen einer Anschlußelektrode und eine die stark dotierte Zone umgebende schwächer dotierte Zone aufweist. Die Ausgestaltung der ersten Leitungszone, d.h. der Source-Zone bei MOSFET, mit unterschiedlich stark dotierten Bereichen bewirkt eine erhöhte Sperrspannung bei Anlegen einer Flußspannung zwischen der ersten und zweiten Leitungszone, also in Rückwärtsrichtung des Halbleiterschaltelements.After that has the semiconductor switching element in addition to the features mentioned above a first conduction zone having a heavily doped region for connecting a terminal electrode and a weaker doped zone surrounding the heavily doped zone. The design of the first conduction zone, i. the source zone in MOSFET, with differently heavily doped areas causes a increased Reverse voltage when applying a forward voltage between the first and second conduction zone, that is in the reverse direction of the semiconductor switching element.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Vorzugsweise ist die stark dotierte Zone als dünne Schicht in einer wannenartig ausgebildeten schwach dotierten Zone angeordnet. Die Dotierung der stark dotierten Zone mit Fremdatomen zur Bereitstellung von Ladungsträgern des ersten Leitungstyps beträgt vorzugsweise mehr als 1015 cm–2 und die Dotierung der schwächer dotierten Zone mit Fremdatomen beträgt vorzugsweise zwischen 1013 cm–2 und 1014 cm–2. Die Dicke der ersten Leitungszone, bzw. deren Höhe in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers beträgt vorzugsweise etwa 1-2μm.Preferably, the heavily doped zone is arranged as a thin layer in a trough-like weakly doped zone. The doping of the heavily doped zone with impurities to provide charge carriers of the first conductivity type is preferably more than 10 15 cm -2 and the Do The doping of the weaker doped zone with foreign atoms is preferably between 10 13 cm -2 and 10 14 cm -2 . The thickness of the first conduction zone, or its height in the vertical direction of the semiconductor body is preferably about 1-2μm.

Die Sperrzone ist vorzugsweise ebenfalls wannenartig und in der zweiten Leitungszone ausgebildet und nimmt die erste Leitungszone auf, wobei sie die erste Leitungszone und die zweite Leitungszone voneinander trennt. Die Dotierung der zweiten Leitungszone mit Fremdatomen zur Abgabe von Ladungsträgern des zweiten Leitungstyps beträgt vorzugsweise weniger als 1013 cm–2, die Dicke, bzw. Höhe in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers, der Sperrzone beträgt vorzugsweise etwa 3-4 μm.The blocking zone is also preferably trough-shaped and formed in the second line zone and receives the first line zone, wherein it separates the first line zone and the second line zone from each other. The doping of the second conduction zone with impurities to emit charge carriers of the second conductivity type is preferably less than 10 13 cm -2 , the thickness or height in the vertical direction of the semiconductor body, the barrier zone is preferably about 3-4 microns.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Sperrzone über einen Widerstand mit der ersten Leitungszone, insbesondere der stark dotierten Zone der ersten Leitungszone, zu verbinden. Eine andere Ausführungsform sieht vor, die Sperrzone "floatend" anzuordnen.According to one another embodiment the invention is provided, the exclusion zone via a resistor with the first conduction zone, in particular the heavily doped zone of the first Line zone to connect. Another embodiment provides to arrange the blocking zone "floating".

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, ein Material in der Sperrzone anzuordnen, das die Rekombination von Ladungsträgern des ersten und zweiten Leitungstyps in der Sperrzone fördert. Durch die Abfolge der ersten Leitungszone vom ersten Leitungstyp, der Sperrzone vom zweiten Leitungstyp und der zweiten Leitungszone vom ersten Leitungstyp ist in dem Halbleiterschaltelement ein parasitärer Bipolartransistor gebildet, der die Sperrspannung des Halbleiterschaltelements mitbestimmt. Die Sperrzone bildet die Basis, die erste Leitungszone den Emitter und die zweite Leitungszone den Kollektor des parasitären Bipolartransistors. Dabei hat sich gezeigt, daß durch Einbringen eines die Rekombination von ersten und zweiten Ladungsträgern fördernden Materials in die Sperrzone, und damit die Basis des parasitären Bipolartransistors, die Stromverstärkung dieses Bipolartransistors stark reduziert und dessen Durchbruchspannung, und damit die Durchbruchspannung des MOSFET, gegenüber solchen MOSFET ohne derartigen Rekombinationsbereich gesteigert werden kann. Diese Maßnahme erhöht sowohl die Sperrspannung eines MOSFET in Drain-Source-Richtung als auch in Source-Drain-Richtung.A another embodiment The invention provides to arrange a material in the restricted zone, the the recombination of charge carriers promotes the first and second conductivity type in the restricted zone. By the sequence of the first conduction zone of the first conductivity type, the Exclusion zone of the second conduit type and the second conduit zone of First conductivity type is a parasitic bipolar transistor in the semiconductor switching element formed, which also determines the reverse voltage of the semiconductor switching element. The Exclusion zone forms the base, the first conduction zone the emitter and the second conduction region is the collector of the parasitic bipolar transistor. It has been shown that by Introducing a recombining of the first and second charge carriers promotional Material into the blocking zone, and thus the base of the parasitic bipolar transistor, the current gain this bipolar transistor greatly reduced and its breakdown voltage, and thus the breakdown voltage of the MOSFET, over such MOSFET can be increased without such recombination. This measure elevated both the reverse voltage of a MOSFET in the drain-source direction than also in source-drain direction.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:The The present invention will be described below in exemplary embodiments with reference to FIG Figures explained in more detail. It demonstrate:

1: Erfindungsgemäßes Halbleiterschaltelement gemäß einer ersten Ausführungsform in Seitenansicht im Querschnitt; 1 : Inventive semiconductor switching element according to a first embodiment in side view in cross section;

2: Halbleiterschaltelement nach 1 in perspektivischer Darstellung im Querschnitt; 2 : Semiconductor switching element according to 1 in a perspective view in cross section;

3: Halbleiterschaltelement gemäß einer weiteren Ausführungsform in Seitenansicht im Querschnitt. 3 : Semiconductor switching element according to another embodiment in side view in cross section.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same parts with the same meaning.

1 zeigt einen Ausschnitt eines als n-Kanal-MOSFET ausgebildeten steuerbaren Halbleiterschaltelements gemäß der Erfindung im Querschnitt. Der MOSFET weist eine n-dotierte Source-Zone 10 als erste Leitungszone des ersten Leitungstyps, eine p-dotierte Sperrzone 20 und eine n-dotierte Drain-Zone 32, 43 als zweite Leitungszone des ersten Leitungstyps auf. Die Source-Zone 10 ist mittels einer Source-Elektrode 50, S kontaktiert. Eine Gate-Elektrode 40 als Steuerelektrode ist mittels einer Isolationsschicht 42, vorzugsweise einer Oxidschicht, gegenüber den Source- und Drain-Zonen 10, 32 isoliert angeordnet. 1 shows a section of a designed as an n-channel MOSFET controllable semiconductor switching element according to the invention in cross section. The MOSFET has an n-doped source zone 10 as a first conduction zone of the first conductivity type, a p-doped blocking zone 20 and an n-doped drain region 32 . 43 as a second conduction zone of the first conductivity type. The source zone 10 is by means of a source electrode 50 , S contacted. A gate electrode 40 as a control electrode is by means of an insulating layer 42 , preferably an oxide layer, opposite the source and drain zones 10 . 32 isolated arranged.

2 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung des MOSFET nach 1, bei der auf die Darstellung der Source-Elektrode 50 und der Gate-Elektrode 40 mit Isolationsschicht 42 verzichtet ist. 2 shows a perspective sectional view of the MOSFET after 1 , in which the representation of the source electrode 50 and the gate electrode 40 with insulation layer 42 is omitted.

Der MOSFET weist einen n-dotierten Halbleiterkörper 1 auf, der im Bereich einer rückseitigen Oberfläche 2 eine stark n-dotierte, d.h. n+-dotierte, Zone 34 aufweist und der im übrigen Bereich 32 schwächer als die Zone 34 n-dotiert ist. Die stark dotierte Zone 34 und die Zone 32 wirken als Drain-Zone in dem MOSFET. Die p-dotierte Sperrzone 20 ist wannenartig in der n-dotierten Zone 32 angeordnet, wobei die Source-Zone 10 wannenartig in der Sperrzone 20 ausgebildet ist. Bei Anlegen eines Steuerpotentials an die Gate-Elektrode 40, wobei die beiden in 1 dargestellten Gate-Elektroden 40 an ein gemeinsames Potential angeschlossen werden, bzw. bei Anlegen einer Steuerspannung zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode, bildet sich in der Sperrzone 20 in horizontaler Richtung unterhalb der Gate-Elektrode 40 ein leitender Kanal aus, der einen Stromfluß in dem MOSFET bei Anlegen einer Flußspannung in Drain-Source-Richtung oder bei Anlegen einer Flußspannung in Source-Drain-Richtung ermöglicht.The MOSFET has an n-doped semiconductor body 1 in the area of a back surface 2 a heavily n-doped, ie n + -doped, zone 34 and in the remaining area 32 weaker than the zone 34 n-doped. The heavily doped zone 34 and the zone 32 act as a drain zone in the MOSFET. The p-doped blocking zone 20 is trough-like in the n-doped zone 32 arranged, with the source zone 10 trough-like in the exclusion zone 20 is trained. When a control potential is applied to the gate electrode 40 , the two in 1 illustrated gate electrodes 40 be connected to a common potential, or upon application of a control voltage between the gate electrode and the source electrode, forms in the blocking zone 20 in the horizontal direction below the gate electrode 40 a conductive channel which allows current to flow in the MOSFET upon application of a drain voltage in the drain-source direction or when a forward-biased voltage is applied.

Die Source-Zone 10 weist erfindungsgemäß eine stark n-dotierte Zone 12 zum Anschluß der Source-Elektrode 50 auf, wobei die stark n-dotierte Zone 12 von einer schwächer n-dotierten Zone 14 umgeben ist. Die Dotierung der stark dotierten schichtartigen Zone 12 mit Fremdatomen zur Abgabe von n-Ladungsträgern beträgt vorzugsweise mehr als 1015 cm–2, d.h. ein Volumenabschnitt der Zone 12, der eine Fläche von einem Quadratzentimeter aufweist und sich über die gesamte Höhe der Zone 12 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckt weist mehr als 1015 Fremdatome auf. Die Dotierung der schichtartigen schwächer dotierten Zone 14 mit Fremdatomen zur Abgabe von n-Ladungsträgern beträgt vorzugsweise zwischen 1013 cm–2 und 1014 cm–2. Die stark dotierte Zone 12 ist eine dünne Schicht, die in der schwächer dotierten Zone 14 angeordnet ist, wobei eine Dicke D1, bzw. eine Höhe in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers, der schwächer dotierten Zone 14 vorzugsweise zwischen 1μm und 2μm beträgt.The source zone 10 according to the invention has a heavily n-doped zone 12 for connection of the source electrode 50 on, with the heavily n-doped zone 12 from a weaker n-doped zone 14 is surrounded. The doping of the heavily doped layered zone 12 with impurities for the delivery of n-charge carriers is preferably more as 10 15 cm -2 , ie a volume section of the zone 12 which has an area of one square centimeter and extends over the entire height of the zone 12 extending in the vertical direction of the semiconductor body has more than 10 15 impurities. The doping of the layered weaker doped zone 14 with impurities for the delivery of n-type charge carriers is preferably between 10 13 cm -2 and 10 14 cm -2 . The heavily doped zone 12 is a thin layer that is in the weaker doped zone 14 is arranged, wherein a thickness D1, or a height in the vertical direction of the semiconductor body, the weaker doped zone 14 preferably between 1μm and 2μm.

Die Dotierung der Sperrzone 20 mit Fremdatomen zur Abgabe von p-Ladungsträgern beträgt vorzugsweise weniger als 1013 cm–2. Eine Dicke der Sperrzone D, bzw. deren Höhe in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers, beträgt vorzugsweise zwischen 3μm und 4μm.The doping of the exclusion zone 20 with impurities for the delivery of p-type charge carriers is preferably less than 10 13 cm -2 . A thickness of the blocking zone D, or its height in the vertical direction of the semiconductor body, is preferably between 3 .mu.m and 4 .mu.m.

Die Ausgestaltung der Source-Zone 10 aus unterschiedlich dotierten Bereichen 12, 14 resultiert in einer erhöhten Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung, d.h. bei Anlegen einer Flußspannung zwischen der Source-Elektrode S und einer an die Drain-Zone 34 angeschlossenen Drain-Elektrode D, wenn kein Steuerpotential an der Gate-Elektrode anliegt. Bei n-Kanal-MOSFET ist diese Flußspannung eine positive Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode, bei p-Kanal-MOSFET ist diese Flußspannung eine negative Spannung zwischen der Source-Elektrode S und der Drain-Elektrode D. Die Source-Zone 10 wirkt bei Anlegen einer derartigen Spannung als niedrig dotiertes Drain (lightly doped drain = LDD), was eine erhöhte Sperrspannung bzw. Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung mit sich bringt. In Siliziumtechnologie beträgt die Sperrspannung in Rückwärtsrichtung bei dieser Ausführungsform mehr als 12V.The design of the source zone 10 from differently doped areas 12 . 14 results in an increased voltage resistance in the reverse direction, that is to say when a forward voltage is applied between the source electrode S and one to the drain zone 34 connected drain electrode D, when no control potential is applied to the gate electrode. In n-channel MOSFET, this flux voltage is a positive voltage between the source and the drain, in p-channel MOSFET, this flux is a negative voltage between the source S and the drain D. The source -Zone 10 acts as a lightly doped drain (LDD) upon application of such a voltage, resulting in an increased reverse bias voltage. In silicon technology, reverse voltage in this embodiment is more than 12V.

Wie aus 2 ersichtlich ist, wiederholt sich die in 1 dargestellte Struktur mehrfach zu beiden Seiten des in 1 dargestellten Ausschnitts. Die Sperrzonen 20 sind in dem Ausführungsbeispiel als langgestreckte Wannen ausgebildet, in denen die Source-Zonen 10 ausgebildet sind. Die Source-Zonen 10 können sich dabei über die gesamte Länge der Sperrzonen 20 erstrecken, wie im rechten Teil der 2 dargestellt ist, oder es können mehrere Source-Zonen 10 in einer Sperrzone angeordnet sein, wie im linken Teil der 2 dargestellt ist, wobei in jedem Fall die schwächer dotierte Zone 14 die stark dotierte Zone 12 gegenüber der Sperrzone 20 umgibt. Die einzelnen Source-Zonen 10 und die nicht näher dargestellten Gate-Elektroden, die über den nach oben in einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 freiliegenden Berei chen der Sperrzonen 20 angeordnet sind, sind ebenfalls an ein gemeinsames Potential angeschlossen.How out 2 is evident, repeats the in 1 shown structure several times on both sides of the in 1 section shown. The restricted zones 20 are formed in the embodiment as elongated trays, in which the source zones 10 are formed. The source zones 10 can extend over the entire length of the restricted zones 20 extend as in the right part of the 2 is shown, or there may be multiple source zones 10 be arranged in a restricted zone, as in the left part of 2 is shown, wherein in each case the weaker doped zone 14 the heavily doped zone 12 opposite the exclusion zone 20 surrounds. The individual source zones 10 and the gate electrodes (not shown), which are located above in a surface of the semiconductor body 1 exposed areas of the restricted zones 20 are arranged are also connected to a common potential.

Vorzugsweise sind einige oder alle Source-Zonen 10 über einen Widerstand R mit der Sperrzone 20 verbunden. Hierdurch wird das Potential der Sperrzone auf einen durch das Potential der Source-Zone 10 definierten Wert gelegt. Der Widerstand R ist in 2 lediglich als Schaltsymbol dargestellt. Der Widerstand R kann auf beliebige Weise in Halbleitertechnologie realisiert werden. Möglich ist auch, den Widerstand in der Verdrahtungsebene oberhalb des Halbleiterkörpers auszubilden, wobei in der Verdrahtungsebene Kontaktlöcher zum Anschluß des Widerstands R an die Sperrzone 20 und die Source-Zone 10 vorzusehen sind.Preferably, some or all are source zones 10 via a resistor R with the blocking zone 20 connected. As a result, the potential of the blocking zone to one by the potential of the source zone 10 defined value. The resistor R is in 2 only shown as a switching symbol. The resistor R can be realized in any way in semiconductor technology. It is also possible to form the resistor in the wiring level above the semiconductor body, wherein in the wiring level contact holes for connecting the resistor R to the blocking zone 20 and the source zone 10 to be provided.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines als MOSFET ausgebildeten erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements. 3 shows a further embodiment of a designed as a MOSFET semiconductor switching element according to the invention.

Bei dieser Ausführungsform ist in der Sperrzone 20 ein Bereich 70 ausgebildet, der ein Material aufweist, welches die Rekombination von n-Ladungsträgern und p-Ladungsträgern in der Sperrzone fördert. Dieses Material ist vorzugsweise ein Metall, insbesondere Platin, Polysilizium oder ein Silzid. Der Bereich 70 kann als zusammenhängender Bereich aus dem die Rekombination fördernden Material ausgebildet sein. Es können auch mehrere, beispielsweise plattenartig ausgebildete, derartige Bereiche 70 in der Sperrzone vorhanden sein. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, den Bereich 70 durch Eindotieren von Atomen eines die Rekombination von n- und p-Ladungsträgern fördernden Materials, vorzugsweise Platin, auszubilden.In this embodiment is in the restricted zone 20 an area 70 formed, which has a material which promotes the recombination of n-type carriers and p-type carriers in the exclusion zone. This material is preferably a metal, in particular platinum, polysilicon or a silicide. The area 70 may be formed as a contiguous region from the recombination-promoting material. There may also be several such, for example, plate-like, such areas 70 be present in the restricted zone. There is still the possibility of the area 70 by doping atoms of a material promoting the recombination of n- and p-charge carriers, preferably platinum.

Durch die Abfolge der n-dotierten Source-Zone 10, der p-dotierten Sperrzone 20 und der n-dotierten Drain-Zone 32, 34 weist der MOSFET einen parasitären Bipolartransistor auf, dessen Basis durch die Sperrzone 20, dessen Emitter je nach Polung der Drain-Source-Spannung durch die Source-Zone 10 oder die Drain-Zone 32, 34 und dessen Kollektor je nach Polung der Drain-Source-Spannung durch die Drain-Zone 32, 34 oder die Source-Zone 10 gebildet ist. Bei n-Kanal-MOSFET ist der parasitäre Bipolartransistor ein npn-Transistor, wobei bei einer positiven Drain-Source-Spannung der Emitter des Bipolartransistors durch die Source-Zone 10 und bei negativer Drain-Source-Spannung, also bei Betrieb des MOSFET in Rückwärtsrichtung, durch die Drain-Zone 32, 34 gebildet ist.Due to the sequence of the n-doped source zone 10 , the p-doped barrier 20 and the n-doped drain region 32 . 34 the MOSFET has a parasitic bipolar transistor whose base is through the blocking zone 20 , whose emitter, depending on the polarity of the drain-source voltage through the source zone 10 or the drain zone 32 . 34 and its collector depending on the polarity of the drain-source voltage through the drain zone 32 . 34 or the source zone 10 is formed. In n-channel MOSFET, the parasitic bipolar transistor is an npn transistor, wherein at a positive drain-source voltage, the emitter of the bipolar transistor through the source region 10 and in the case of a negative drain-source voltage, that is to say in the case of operation of the MOSFET in the reverse direction, through the drain zone 32 . 34 is formed.

Die Kollektor-Emitter-Sperrspannung des parasitären Bipolartransistors bestimmt die Sperrspannung des MOSFET sowohl in Drain-Source-Richtung als auch in Source-Drain-Richtung, wobei die Sperrspannung in Source-Drain-Richtung aufgrund des unsymmetrischen Aufbaus geringer als in Drain-Source-Richtung ist.The Collector-emitter reverse voltage of the parasitic bipolar transistor determined the blocking voltage of the MOSFET both in the drain-source direction as also in source-drain direction, wherein the reverse voltage in the source-drain direction due to the asymmetrical structure lower than in the drain-source direction is.

Die Basis des parasitären Bipolartransistors, bzw. die Sperrzone 20 ist, "floatend" in dem Halbleiterkörper angeordnet, d.h. sie verfügt über keinen Anschluß, um sie auf ein definiertes Potential zu legen. Mit steigender Drain-Source-Spannung oder steigender Source-Drain-Spannung werden p-Ladungsträger in die Sperrzone injiziert, die eine Vorspannung der Basis des parasitären Bipolartransistors bewirken. Dies beeinträchtigt die Spannungsfestigkeit des parasitären Bipolartransistors bzw. des MOSFET.The base of the parasitic bipolar transistor, or the blocking zone 20 is "floating" arranged in the semiconductor body, ie it has no terminal to put it to a defined potential. With increasing drain-source voltage or rising source-drain voltage, p-type charge carriers are injected into the blocking zone, which cause a bias voltage of the base of the parasitic bipolar transistor. This impairs the dielectric strength of the parasitic bipolar transistor or of the MOSFET.

Das in die Sperrzone eingebrachte, die Rekombination von n- und p-Ladungsträgern fördernde Material wirkt diesem Effekt entgegen. Das Ausbilden des Bereiches 70 mit einem die Rekombination von n- und p-Ladungsträgern fördernden Material in der Basis des parasitären Bipolartransistors reduziert die Stromverstärkung des parasitären Bipolartransistors und erhöht damit dessen Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung und zwar polungsabhängig sowohl in Drain-Source-Richtung als auch in Source-Drain-Richtung gegenüber einem MOSFET ohne Bereich 70 aus Rekombinationsmaterial, wobei auch hier gilt, daß die Drain-Source-Sperrspannung üblicherweise ein Vielfaches der Source-Drain-Sperrspannung beträgt.The introduced into the exclusion zone, the recombination of n- and p-charge carriers promoting material counteracts this effect. Forming the area 70 with a material promoting the recombination of n- and p-type carriers in the base of the parasitic bipolar transistor reduces the current gain of the parasitic bipolar transistor and thus increases its collector-emitter breakdown voltage and poling dependent both in the drain-source direction and in the source-drain Direction with respect to a MOSFET without area 70 from recombination material, wherein it is also true here that the drain-source blocking voltage is usually a multiple of the source-drain blocking voltage.

DD
Drain-AnschlußDrain
GG
Gate-AnschlußGate
RR
Widerstandresistance
SS
Source-AnschlußSource terminal
11
HalbleiterkörperSemiconductor body
22
Rückseite des Halbleiterkörpersback of the semiconductor body
1010
erste Leitungszonefirst embedment
1212
stark dotierter Bereichstrongly doped area
1414
schwächer dotierter Bereichweaker endowed Area
2020
Sperrzoneexclusion zone
4040
Steuerelektrodecontrol electrode
5050
Anschlußelektrodeterminal electrode
32, 3432 34
zweite Leitungszonesecond embedment
7070
Rekombinationsbereichrecombination

Claims (9)

Halbleiterschaltelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (1) mit einer ersten Leitungszone (10) eines ersten Leitungstyps (n), einer zweiten Leitungszone (32, 34) des ersten Leitungstyps (n), die eine stark dotierte Zone (34) und eine schwächer dotierte Zone (32) aufweist, und einer zwischen der ersten und zweiten Leitungszone (10; 32, 34) angeordneten Sperrzone (20) eines zweiten Leitungstyps (p), – eine Steuerelektrode (40) zur Bewirkung eines leitenden Kanals in der Sperrzone (20) bei Anlegen eines Ansteuerpotentials, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitungszone (10) eine stark dotierte Zone (12) zum Anschluß einer Anschlußelektrode (50) und eine die stark dotierte Zone (12) in dem Halbleiterkörper (1) umgebende schwächer dotierte Zone (14) aufweist.Semiconductor switching element, comprising: a semiconductor body ( 1 ) with a first conduction zone ( 10 ) of a first conductivity type (s), a second conductivity zone ( 32 . 34 ) of the first conductivity type (s) forming a heavily doped zone ( 34 ) and a weaker doped zone ( 32 ), and one between the first and second conduction zones ( 10 ; 32 . 34 ) arranged exclusion zone ( 20 ) of a second conductivity type (p), - a control electrode ( 40 ) for effecting a conductive channel in the blocking zone ( 20 ) upon application of a drive potential, characterized in that the first conduction zone ( 10 ) a heavily doped zone ( 12 ) for connecting a connection electrode ( 50 ) and a heavily doped zone ( 12 ) in the semiconductor body ( 1 ) surrounding weaker doped zone ( 14 ) having. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der stark dotierten Zone (12) mit Fremdatomen mehr als 1015 cm–2 beträgt und daß die Dotierung der schwächer dotierten Zone (14) mit Fremdatomen zwischen 1013 cm–2 und 1014 cm–2 beträgt.Semiconductor switching element according to Claim 1, characterized in that the doping of the heavily doped zone ( 12 ) with impurity atoms is more than 10 15 cm -2 and that the doping of the weaker doped zone ( 14 ) with foreign atoms between 10 13 cm -2 and 10 14 cm -2 . Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stark dotierte Schicht (12) als dünne Schicht in der wannenartig ausgebildeten schwächer dotierten Schicht (14) ausgebildet ist.Semiconductor switching element according to one of the preceding claims, characterized in that the heavily doped layer ( 12 ) as a thin layer in the trough-shaped weaker doped layer ( 14 ) is trained. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Leitungszone (10) zwischen 1μm und 2μm beträgt.Semiconductor switching element according to Claim 3, characterized in that the thickness of the first conduction zone ( 10 ) is between 1μm and 2μm. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzone (20) wannenartig ausgebildet ist und die erste Leitungszone (10) zu der zweiten Leitungszone (32) hin umgibt.Semiconductor switching element according to one of the preceding claims, characterized in that the blocking zone ( 20 ) is formed trough-like and the first line zone ( 10 ) to the second conduit zone ( 32 ) surrounds. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Sperrzone (20) zwischen 3μm und 4μm beträgt.Semiconductor switching element according to Claim 5, characterized in that the thickness of the blocking zone ( 20 ) is between 3μm and 4μm. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Sperrzone (20) mit Fremdatomen weniger als 1013 cm–2 beträgt.Semiconductor switching element according to one of the preceding claims, characterized in that the doping of the blocking zone ( 20 ) with foreign atoms is less than 10 13 cm -2 . Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrzone (20) über einen Widerstand (R) mit der ersten Leitungszone verbunden ist.Semiconductor switching element according to one of the preceding claims, characterized in that the blocking zone ( 20 ) is connected via a resistor (R) to the first line zone. Halbleiterschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Rekombination von ersten und zweiten Ladungsträgern fördernden Material (70) in die Sperrzone (20) eingebracht ist.Semiconductor switching element according to one of the preceding claims, characterized in that a material promoting the recombination of first and second charge carriers ( 70 ) into the exclusion zone ( 20 ) is introduced.
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