DE102004007196A1 - Edge closure for a semiconductor element, comprises at least one semiconductor member with two electrodes, and a polarised edge material - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Randabschluss für ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, auf dem wenigstens zwei Elektroden vorgesehen sind, zwischen denen eine Spannung anlegbar ist, so dass im Halbleiterkörper eine Raumladungszone entsteht.The The present invention relates to an edge termination for a semiconductor device with a semiconductor body, on which at least two electrodes are provided, between which a voltage can be applied, so that in the semiconductor body, a space charge zone arises.
Halbleiterbauelemente sowie Gruppierungen von gleichartigen Halbleiterbauelementen haben notwendigerweise infolge ihrer endlichen Ausdehnung einen Randbereich, in welchem, wie weiter unten näher erläutert werden wird, erhöhte elektrische Feldstärken auftreten. Daher muss bei Halbleiterbauelementen, an die höhere Spannungen angelegt werden und die sich somit durch eine hohe Spannungsfestigkeit auszeichnen sollen, der Randbereich in geeigneter Weise so strukturiert werden, dass auch dort die für das Halbleiterbauelement vorgesehene Durchbruchspannung erreicht wird.Semiconductor devices and have groupings of similar semiconductor devices necessarily due to their finite extent a border area, in which, as further below explained will be increased electric field strengths occur. Therefore, in semiconductor devices to which higher voltages be created and thus by a high dielectric strength should designate the edge area in a suitable manner so structured that will be there for those too reaches the semiconductor device provided breakdown voltage becomes.
Eine weitere Aufgabe von Randbereichen von Halbleiterbauelementen ist darin zu sehen, dass sie eine elektrische Isolation zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen oder bei randlagigen Halbleiterbauelementen eine elektrische Isolation zu einer Sägekante gewährleisten.A Another task of peripheral areas of semiconductor devices is to be seen in that they provide electrical isolation between adjacent semiconductor devices or in the case of edge-layer semiconductor components an electrical insulation to a saw edge guarantee.
Die Erreichung der vorgesehenen Durchbruchspannung im Randbereich eines Halbleiterbauelementes ist problematisch, weil sein sperrender pn-Übergang dort zwangsläufig eine Krümmung aufweist, welche zu einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke führt, woraus wiederum eine Absenkung der Durchbruchspannung resultiert.The Achievement of the intended breakdown voltage in the edge region of a Semiconductor device is problematic because its blocking pn junction there inevitably a curvature which leads to an increase the electric field strength leads, which in turn results in a lowering of the breakdown voltage.
Die Strukturierung des Randbereiches eines Halbleiterbauelementes für die Erzielung einer hohen Durchbruchspannung ist somit von großer Bedeutung. Selbstverständlich sollten Lösungen dieses Problems auch eine gute Langzeitstabilität gewährleisten und beispielsweise unempfindlich gegenüber zwangsläufig auftretenden Grenzflächenladungen sein.The Structuring the edge region of a semiconductor device for the achievement a high breakdown voltage is thus of great importance. Of course, should solutions This problem also ensure good long-term stability and, for example insensitive to inevitably occurring Be interfacial charges.
Im Einzelnen gibt es seit langer Zeit verschiedene Lösungsansätze zur Strukturierung des Randbereiches eines Halbleiterbauelementes, um die oben aufgezeigte Problematik zu überwinden:
- (a) Bevorzugt werden floatende Feldringe eingesetzt
(vgl. hierzu B. J. Baliga: Modern Power Devices (John Wiley & Sons, 1987)).
Solche floatende Feldringe sehen, wie in
4 gezeigt ist, in welcher eine Diode mit einem n–-leitenden Halbleiterkörper1 , einer p-leitenden Anodenzone2 , einer Kathode (K)3 und einer Anode (A)4 dargestellt ist, ringförmige, voneinander getrennte Dotierungsgebiete5 um einen sperrenden pn-Übergang6 zwischen der Anodenzone2 und dem n–-leitenden Halbleiterkörper1 vor. Diese Dotierungsgebiete sind bei einer p-leitenden Anodenzone2 p-leitend und in ihrem Potenzial nicht festgelegt. Das Potenzial der Dotierungsgebiete5 stellt sich zwischen den Werten des Potenzials an den beiden Elektroden3 ,4 ein, an welchen die Sperrspannung für den pn-Übergang6 anliegt. Die die Feldringe bildenden Dotierungsgebiete5 werden im Sperrfall nicht ausgeräumt und führen zu einer lateralen Aufweitung der sich im Halbleiterkörper1 ausbreitenden Raumladungszone und damit zu einer Verringerung der dort auftretenden elektrischen Feldstärke. Die Aufteilung des Potenzials zwischen den die Feldringe bildenden Dotierungsgebieten5 und damit die Sperrfähigkeit der Diode hängen allerdings deutlich von Oberflächenladungen auf dem Halbleiterkörper1 oder von in einer dort vorgesehenen Isolierschicht enthaltenen so genannten Oxidladungen ab, was die Langzeitstabilität eines derartigen Randabschlusses beeinträchtigt (vgl. hierzu auch H. Yilmaz: Optimization and surface charge sensitivity of high-voltage blocking structures with shallow junctions, IEEE Trans. on Electron Devices, Vol. ED-38, Nr. 7 (1991), S. 1666–1675). - (b) Ein anderer Randabschluss für hochsperrende Halbleiterbauelemente
verwendet Feldplatten (vgl. Baliga, S. 116 ff.). Bei diesen Feldplatten handelt
es sich um Schichten mit hoher Leitfähigkeit aus beispielsweise
Metall oder polykristallinem Silizium. Diese Feldplatten sind mit
einer der Elektroden verbunden und befinden sich in bzw. auf einer
auf der Oberfläche
des Halbleiterkörpers vorgesehenen
Isolierschicht aus vorzugsweise Siliziumdioxid. Eine derartige Feldplatte
7 ist in5 für das Beispiel einer Diode gezeigt. Die Feldplatten, wie beispielsweise die Feldplatte7 in5 , führen das Potenzial der Elektrode, also im vorliegenden Beispiel das Potenzial der Anode4 , lateral über den pn-Übergang6 hinaus, wobei der Abstand der Feldplatte zum Halbleiter mit zunehmender Distanz zur Anode4 zunimmt. Dadurch wird – ähnlich wie bei floatenden Feldringen – eine seitliche Aufweitung der Raumladungszone erreicht. Feldplatten werden auch bei Driftstrecken von lateralen Transistoren eingesetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei Feldplatten die Abhängigkeit von Oberflächenladungen geringer als bei Feldringen ist. Jedoch werden für hochsperrende Halbleiterbauelemente mit Feldplatten im Randbereich für höhere Spannungen relativ dicke Isolierschichten unter den Feldplatten benötigt, was einen erheblichen Fertigungsaufwand bedeutet. So werden für Spannungen von etwa 1200 V maximale Schichtdicken der Isolierschicht unterhalb der Feldplatte von etwa 8 μm als notwendig erachtet. - (c) Eine weitere Möglichkeit
zur Erhöhung
der Durchbruchspannung im Randbereich von hochsperrenden Halbleiterbauelementen
besteht in der Verwendung einer so genannten "Junction Termination Extension" (JTE), bei der es
sich um eine niedrig dotierte laterale Fortsetzung des hochdotierten
Teiles eines pn-Überganges
handelt (vgl. hierzu Baliga, Seiten 113 ff., und Yilmaz). Eine solche
JTE ("Übergangsabschlusserweiterung")
8 ist in Strichlinien schematisch in5 angedeutet, wobei die Feldplatte7 in diesem Fall fehlen kann. Die JTE wird im Sperrfall zu einem wesentlichen Teil oder ganz an Ladungsträgern ausgeräumt und enthält somit als Dotierung etwa die Durchbruchsladung. Die Dotierung kann lateral auch variieren (vgl.US 4 672 738 - (d) Schließlich
dienen auch noch semiisolierende Schichten zur Erhöhung der
Randfestigkeit von hochsperrenden Halbleiterbauelementen (vgl. Baliga,
Seite 126 ff. und C. Mingues und G. Charitat, IEEE International
Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs Weimar, S. 137–140 (1997)).
Mit solchen semiisolierenden Schichten, wie beispielsweise SIPOS-Schichten (SIPOS
= Semiinsulating Polycrystalline Silicon), deren Widerstandswert
viel höher
ist als derjenige von beispielsweise dotiertem polykristallinem
Silizium, jedoch wesentlich kleiner ist als derjenige von Siliziumdioxid,
können
resistiven Feldplatten realisiert werden. Diese liegen wie die Feldplatten
7 von5 auf einer Isolierschicht über dem Randbereich des Halbleiterkörpers. Sie sind aber vorzugsweise mit beiden Elektroden, also bei einer Diode mit der Anode und mit der Kathode, verbunden und führen entsprechend der anliegenden Sperrspannung und ihrem elektrischen Widerstand einen relativ großen Leckstrom. Innerhalb einer solchen resistiven Feldplatte aus einer semiisolierenden Schicht ergibt sich ein durch die geometrische Form und gegebenenfalls eine inhomogene Verteilung des Schichtwiderstandes (vgl. hierzuEP 0 615 291 A1
- (a) Floating field rings are preferably used (compare BJ Baliga: Modern Power Devices (John Wiley & Sons, 1987)). See such floating field rings as in
4 is shown, in which a diode with an n - -type semiconductor body1 , a p-type anode region2 , a cathode (K)3 and an anode (A)4 is shown, annular, separate doping regions5 around a blocking pn junction6 between the anode zone2 and the n - -type semiconductor body1 in front. These doping regions are at a p-type anode region2 p-conductive and not defined in their potential. The potential of the doping regions5 is between the values of the potential at the two electrodes3 .4 to which the blocking voltage for the pn junction6 is applied. The doping regions forming the field rings5 are not cleared in the blocking case and lead to a lateral expansion in the semiconductor body1 propagating space charge zone and thus to a reduction in the electric field strength occurring there. The partitioning of the potential between the doping regions forming the field rings5 and thus the blocking capability of the diode, however, depend significantly on surface charges on the semiconductor body1 or from so-called oxide charges contained in an insulating layer provided there, which impairs the long-term stability of such edge termination (see also H. Yilmaz: Optimization and surface charge sensitivity of high-voltage blocking structures with shallow junctions, IEEE Trans-on Electron Devices , Vol. ED-38, No. 7 (1991), pp. 1666-1675). - (b) Another edge termination for high-barrier semiconductor devices uses field plates (see Baliga, pp. 116 et seq.). These field plates are layers of high conductivity of, for example, metal or polycrystalline silicon. These field plates are connected to one of the electrodes and are located in or on an insulating layer, preferably of silicon dioxide, provided on the surface of the semiconductor body. Such a field plate
7 is in5 for the example of a diode shown. The field plates, such as the field plate7 in5 , lead the potential of the electrode, so in the present example, the potential of the anode4 , laterally across the pn junction6 addition, wherein the distance of the field plate to the semiconductor with increasing distance to the anode4 increases. As a result - similar to floating field rings - a lateral expansion of the space charge zone is achieved. Field plates are also used in drift paths of lateral transistors. It should be noted that in field plates, the dependence on surface charges is less than field rings. However, for high-blocking semiconductor devices with field plates in the edge region for higher voltages relatively thick insulating layers are required under the field plates, which means a considerable manufacturing cost. Thus, for voltages of about 1200 V maximum layer thicknesses of the insulating layer below the field plate of about 8 microns than deemed necessary. - (c) A further possibility for increasing the breakdown voltage in the edge region of high-blocking semiconductor components is the use of a so-called "junction termination extension" (JTE), which is a low-doped lateral continuation of the highly doped part of a pn junction ( see Baliga, pages 113 ff., and Yilmaz). Such a JTE ("transition completion extension")
8th is schematic in dashed lines5 indicated, with the field plate7 can be missing in this case. The JTE is eliminated in the blocking case to a substantial part or completely on charge carriers and thus contains as doping about the breakdown charge. The doping may also vary laterally (cf.U.S. 4,672,738 - (d) Finally, semi-insulating layers also serve to increase the edge strength of high-barrier semiconductor devices (see Baliga, page 126 ff., and C. Mingues and G. Charitat, IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs Weimar, pp. 137-140 (1997)). With such semi-insulating layers, such as SIPOS layers (SIPOS = Semiinsulating Polycrystalline Silicon), whose resistance value is much higher than that of, for example, doped polycrystalline silicon, but substantially smaller than that of silicon dioxide, resistive field plates can be realized. These are like the field plates
7 from5 on an insulating layer over the edge region of the semiconductor body. However, they are preferably connected to both electrodes, that is to say in the case of a diode with the anode and with the cathode, and lead according to the applied blocking voltage and its electrical resistance a relatively large leakage current. Within such a resistive field plate made of a semi-insulating layer results from the geometric shape and optionally an inhomogeneous distribution of the sheet resistance (seeEP 0 615 291 A1
Die
oben erläuterten
vier grundsätzlich
verschiedenen Maßnahmen
(a) bis (d) zur Gestaltung eines hochspannungsfesten Randabschlusses
können in
verschiedener Weise kombiniert werden. So ist es beispielsweise
möglich,
floatende Feldringe nach (a) mit Feldplatten (b) oder Feldringe
(a) mit einer SIPOS-Schicht (d) zu kombinieren, wobei die Feldringe durch
die SIPOS-Schicht auf ein definiertes Potenzial gelegt sind (vgl.
Die obigen Erläuterungen belegen, dass bisher eine Fülle von Anstrengungen unternommen wurde, um den Randabschluss eines Halbleiterbauelementes hochspannungsfest zu gestalten. Dennoch weisen alle bisher erarbeiteten Möglichkeiten bestimmte Nachteile auf. Gemeinsam ist diesen Möglichkeiten zudem der Nachteil eines relativ hohen Platzbedarfs.The above explanations prove that so far a wealth Efforts have been made to close the margins of a Semiconductor device to make high voltage resistant. Nevertheless, show All possibilities developed so far certain disadvantages. Common to these possibilities is also the disadvantage a relatively high space requirement.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Randabschluss für ein Halbleiterbauelement anzugeben, der sich speziell durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet, einfach herstellbar sowie unempfindlich gegen Oberflächenladungen ist und ohne weiteres eingesetzt werden kann.It is therefore an object of the present invention, an edge termination for a Specify semiconductor device, especially by a small Requires space, easy to manufacture and insensitive against surface charges is and can be used easily.
Diese Aufgabe wird bei einem Randabschluss nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Randbereich des Halbleiterkörpers mit einem Material versehen ist, das durch seine Polarisation Kompensationsladungen für die in der Raumladungszone -vorhandenen Ladungen zur Verfügung stellt. Als Material, das Kompensationsladungen aufgrund seiner Polarisation liefert, wird vorzugsweise ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante bzw. -zahl, nämlich ein so genanntes high-k-Material, verwendet.These Task is at a border closure according to the preamble of the claim 1 according to the invention thereby solved, in that at least one edge region of the semiconductor body is provided with a material is that by its polarization compensation charges for in the space charge zone-available charges available. As a material, the compensation charges due to its polarization provides, is preferably a material with a high dielectric constant or number, namely a so-called high-k material used.
Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss wird also auf den Randbereich eines Halbleiterbauelementes beispielsweise eine Schicht aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ε, also ein high-k-Material, aufgebracht. Dieses Material stellt durch Polarisation Kompensationsladungen für die Ladungen der Raumladungszone zur Verfügung. Auch benötigt eine solche Schicht deutlich weniger Platz als beispielsweise eine Feldring-Struktur.at the edge termination according to the invention So it is on the edge region of a semiconductor device, for example a layer of a material with a high dielectric constant ε, ie a high-k material, applied. This material represents by polarization Compensation charges for the charges of the space charge zone available. Also needed one such layer significantly less space than, for example, a field ring structure.
Da die Polarisation im high-k-Material lokal durch die in der Raumladungszone zeitlich variabel vorhandenen Ladungen influenziert wird, ergibt sich so eine optimale Feldverteilung mit kleinen Randbreiten und Unempfindlichkeit gegenüber Grenzflächenladungen, welche sich in Ladung und Menge während der Lebensdauer eines Halbleiterbauelementes verändern können. Das heißt, der erfindungsgemäße Randabschluss zeichnet sich nicht nur durch einen relativ kleinen Platzbedarf, sondern auch durch eine vernachlässigbare Empfindlichkeit gegenüber Grenzflächenladungen aus.There the polarization in the high-k material locally through that in the space charge zone influential with time variably available charges results so an optimal field distribution with small margins and Insensitivity to Interface charges, which varies in charge and quantity during the life of a Change semiconductor device can. This means, the edge termination according to the invention is not only characterized by a relatively small footprint, but also by a negligible Sensitivity to interfacial charges out.
Als high-k-Material wird ein Material mit einer Dielektrizitätszahl von beispielsweise 20, vorzugsweise 200 oder noch mehr vorzugsweise 1000 eingesetzt. Solche Materialien sind beispielsweise Hafniumoxid (HfO2), Zirkoniumoxid (Zo2), Titandioxid (TiO2), Lanthanoxid (La2O3) oder eine Verbindung aus der Gruppe der Titanate, wie insbesondere Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder Barium-Strontium-Titanat oder aus den Gruppen der Zirkonate, Niobate oder Tantalate.As a high-k material, a material having a dielectric constant of, for example, 20, preferably 200 or even more preferably 1000 is used. Such materials are for example hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (Zo 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ) or a compound from the group of titanates, in particular barium titanate, strontium titanate or barium strontium titanate or from the groups of zirconates, niobates or tantalates.
Es ist ohne weiteres möglich, den erfindungsgemäßen Randabschluss noch durch eine der oben unter (a) bis (d) angegebenen Möglichkeiten zu ergänzen. So kann beispielsweise der erfindungsgemäße Randabschluss noch mit floatenden Feldringen und/oder Feldplatten und/oder JTE (bzw. VLD bzw. Resurf) und/oder semiisolierenden Schichten versehen werden. Ein solches Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur Materialien mit einer mäßig gegenüber dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers erhöhten Dielektrizitätskonstante eingesetzt werden, wenn also die Dielektrizitätskonstante des high-k-Materials nur geringfügig gegenüber der Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers angehoben ist.It is easily possible the edge termination according to the invention or by one of the options given above under (a) to (d) to complete. For example, the edge termination according to the invention can still be used with floating Field rings and / or field plates and / or JTE (or VLD or resurf) and / or semi-insulating layers. Such Procedure is particularly advantageous if only materials with a moderate to the Semiconductor material of the semiconductor body used increased dielectric constant So, if so the dielectric constant of the high-k material only slightly opposite the permittivity of the semiconductor material of the semiconductor body is raised.
Im Vergleich zu semiisolierenden Schichten zeichnet sich der erfindungsgemäße Randabschluss mit einem high-k-Material dadurch aus, dass im Sperrfall kein zusätzlicher Leckstrom fließt und die Umladezeitkonstanten trotzdem niedrig sind.in the Compared to semi-insulating layers, the edge seal according to the invention is characterized a high-k material characterized in that in the case of blocking no additional Leakage current flows and the charging time constants are still low.
Wesentlich an dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist ganz allgemein, dass die Kompensationsladungen für die Ladungen der Raumladungszone nicht durch bewegliche Ladungsträger in Leitern bzw. semiisolierenden Schichten oder durch in den Halbleiterkörper eingebrachte Dotierungsgebiete, sondern durch Polarisation einer dielektrischen Schicht zur Verfügung gestellt werden.Essential at the edge termination according to the invention It is quite common that the compensation charges for the charges the space charge zone not by moving charge carriers in conductors or semi-insulating layers or introduced into the semiconductor body Doping regions, but by polarization of a dielectric layer to disposal be put.
Vorzugsweise wird das high-k-Material des erfindungsgemäßen Randabschlusses auf den Randbereich des Halbleiterkörpers aufgebracht und an seinen Enden beispielsweise mit zwei Elektroden, im Fall einer Diode also mit der Anode und der Kathode, kontaktiert, so dass sich diese Enden auf dem Anodenpotenzial bzw. Kathodenpotenzial befinden. Dies verhindert, dass Isolierschichten bzw. Dielektrika zwischen der jeweiligen Elektrode und dem high-k-Material einem zu hohen elektrischen Feld ausgesetzt werden.Preferably is the high-k material of the edge trim according to the invention on the edge region of the semiconductor body applied and at its ends, for example, with two electrodes, in Case of a diode so with the anode and the cathode, contacted, so that these ends are at the anode potential or cathode potential are located. This prevents insulating layers or dielectrics between the respective electrode and the high-k material one be exposed to high electric field.
Vorzugsweise wird das high-k-Material auf einer dünnen Isolierschicht, wie beispielsweise einer Siliziumdioxidschicht oder einer Siliziumnitridschicht, aufgebracht, welche als Diffusionsbarriere wirkt. Es ist aber auch möglich, das high-k-Material direkt auf den Halbleiterkörper aufzubringen.Preferably is the high-k material on a thin insulating layer, such as a silicon dioxide layer or a silicon nitride layer, applied, which acts as a diffusion barrier. But it is also possible that high-k material directly on the semiconductor body applied.
Es ist möglich, das high-k-Material auf eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers in dessen Randbereich oder auf dessen Seitenwand direkt oder über eine dünne Isolierschicht aufzutragen.It is possible, the high-k material on a main surface of the semiconductor body in its edge region or on its side wall directly or via a thin insulating layer apply.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann es sich um eine pn-Diode, eine Schottkydiode, einen MOS-Transistor, einen DMOS-Transistor, einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor oder dergleichen handeln. Als Halbleitermaterial für den Halbleiterkörper kann beispielsweise Silizium, Siliziumcarbid (SiC) oder ein anderes geeignetes Halbleitermaterial, z.B. AIIIBV usw. verwendet werden. Auch können die Leitungstypen jeweils umgekehrt werden.The semiconductor device according to the invention may be a pn diode, a Schottky diode, a MOS transistor, a DMOS transistor, a bipolar transistor, an IGBT, a thyristor or the like. For example, silicon, silicon carbide (SiC) or another suitable semiconductor material, eg A III B V , etc., can be used as the semiconductor material for the semiconductor body. The line types can also be reversed in each case.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Die
Gegebenenfalls
können
bei diesem Ausführungsbeispiel
zusätzlich
zu der Feldplatte aus dem high-k-Material
Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
können
gegebenenfalls zusätzlich
noch ein bzw. mehrere floatende Feldringe
In
Wird
zwischen die Anode
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- Anodenzoneanode zone
- 33
- Kathodecathode
- 44
- Anodeanode
- 55
- floatender Feldringfloating field ring
- 66
- pn-Übergangpn junction
- 77
- Feldplattefield plate
- 88th
- JTE-StrukturJTE structure
- 99
- high-k-Materialhigh-k material
- 1010
- Elektrodeelectrode
- 1111
- Anschlussgebietterminal region
- 12, 12'12 12 '
- Isolierschichtinsulating
- 1313
- VLD-StrukturVLD structure
- AA
- Anodenelektrodeanode electrode
- KK
- Kathodenelektrodecathode electrode
Claims (14)
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ID=34625824
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005011967B4 (en) * | 2005-03-14 | 2007-07-19 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device with drift path and trench structure and method for producing the same |
US7795660B2 (en) | 2004-09-13 | 2010-09-14 | Infineon Technologies Ag | Capacitor structure in trench structures of semiconductor devices and semiconductor devices comprising capacitor structures of this type and methods for fabricating the same |
DE102005035699B4 (en) * | 2005-07-27 | 2010-09-16 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor power device with charge compensation structure and method of making the same |
DE102006055151B4 (en) * | 2006-11-22 | 2011-05-12 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor device with a semiconductor zone and method for its production |
EP3886175A4 (en) * | 2018-11-21 | 2021-12-29 | BYD Semiconductor Company Limited | Fast recovery diode and manufacturing method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4890150A (en) * | 1985-12-05 | 1989-12-26 | North American Philips Corporation | Dielectric passivation |
-
2004
- 2004-02-13 DE DE200410007196 patent/DE102004007196A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4890150A (en) * | 1985-12-05 | 1989-12-26 | North American Philips Corporation | Dielectric passivation |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7795660B2 (en) | 2004-09-13 | 2010-09-14 | Infineon Technologies Ag | Capacitor structure in trench structures of semiconductor devices and semiconductor devices comprising capacitor structures of this type and methods for fabricating the same |
US8187947B2 (en) | 2004-09-13 | 2012-05-29 | Infineon Technologies Ag | Capacitor structure in trench structures of semiconductor devices and semiconductor devices comprising capacitor structures of this type and methods for fabricating the same |
DE102005011967B4 (en) * | 2005-03-14 | 2007-07-19 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device with drift path and trench structure and method for producing the same |
DE102005035699B4 (en) * | 2005-07-27 | 2010-09-16 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor power device with charge compensation structure and method of making the same |
DE102006055151B4 (en) * | 2006-11-22 | 2011-05-12 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor device with a semiconductor zone and method for its production |
EP3886175A4 (en) * | 2018-11-21 | 2021-12-29 | BYD Semiconductor Company Limited | Fast recovery diode and manufacturing method thereof |
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