DE102005002198B3 - Power semiconductor component, has surface electrodes connected to one semiconductor layer in such a manner that lateral running series circuit of MOS diodes is formed, where electrodes lie partially directly on layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit Randbereich und sein Verstellungsverfahren.The The invention relates to a semiconductor device with edge region and its Adjustment process.
Halbleiterbauteile (insbesondere Leistungs-Halbleiterbauteile) sollten einen möglichst geringen spezifischen Durchlasswiderstand Ron A aufweisen (Ron = Durchlasswiderstand; A = Chipfläche des aktiven Bereichs des Halbleiterbauteils). Weiterhin sollten die Halbleiterbauteile gute Durchbruchseigenschaften ("Avalanchefestigkeit") aufweisen.Semiconductor components (in particular power semiconductor components) should have the lowest possible specific forward resistance R on A (R on = on- resistance, A = chip area of the active region of the semiconductor component). Furthermore, the semiconductor devices should have good breakdown properties ("avalanche resistance").
Die Durchbruchseigenschaften eines Halbleiterbauteils sind stark von der Ausgestaltung der Randkonstruktion des Halbleiterbauteils abhängig. Randkonstruktionen sind demnach in der Vergangenheit Gegenstand intensiver Forschungstätigkeit gewesen. Die Randkonstruktion eines Halbleiterbauteils dient in erster Linie dazu, elektrische Feldstärken in einer Zone des Halbleiterbauteils, die zwischen dem aktiven Bereich (Zellenfeld) und der Sägekante des Halbleiterbauteils liegt, auf gewünschte Werte einzustellen. Um einen verfrühten Durchbruch im Sperrzustand des Halbleiterbauteils zu vermeiden, dürfen die elektrischen Feldstärken innerhalb der Randkonstruktion die im aktiven Bereich vorherrschenden Feldstärken-Maximalwerte nicht überschreiten. Um dies zu erreichen, wird versucht, Äquipotenziallinien so aus dem Inneren des Halbleiterbauteils bzw. aus dem Inneren der Randkonstruktion an die Oberfläche des Halbleiterbauteils zu führen, dass übermäßig starke Potenzialgradienten vermieden werden. Das definierte Nach-Außen-Führen der Äquipotenziallinien wird als "Äquipotenziallinien-Management" bezeichnet. Die Äquipotenziallinien sollten so geführt werden, dass übermäßig starke Krümmungen und hohe Äquipotenziallinien-Dichten vermieden werden.The Breakthrough properties of a semiconductor device are very strong the embodiment of the edge construction of the semiconductor device dependent. edge designs have therefore been the subject of intensive research in the past. The edge construction of a semiconductor device serves primarily in addition, electric field strengths in a zone of the semiconductor device that is between the active area (Cell field) and the saw edge of the semiconductor device is set to desired values. To a premature one To avoid breakthrough in the off-state of the semiconductor device allowed to the electric field strengths within the boundary structure those in the active area predominant Do not exceed field strength maximum values. To achieve this, it is attempted to make equipotential lines such as Inside of the semiconductor device or from the interior of the edge construction the surface lead the semiconductor device that excessively strong Potential gradients are avoided. The defined outward guidance of equipotential lines is referred to as "equipotential line management". The equipotential lines should be so led be that overly strong curvatures and high equipotential line densities be avoided.
Idealerweise sollte ein Halbleiterbauteil so ausgestaltet sein, dass dessen Randkonstruktion (im Folgenden auch als Randbereich bezeichnet) wenig Chipfläche benötigt, das Halbleiterbauteil gleichzeitig jedoch eine möglichst gute Sperrfähigkeit aufweist. Zudem soll die Randkonstruktion möglichst unempfindlich gegenüber Oberflächenladungen sein. Ein derartiges Halbleiterbauteil ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2004/107448 A1 gezeigt.Ideally a semiconductor device should be designed so that its edge construction (hereinafter also referred to as edge area) requires little chip area, the Semiconductor device at the same time, however, the best possible blocking capability having. In addition, the edge construction should be as insensitive as possible to surface charges be. Such a semiconductor device is for example in the document WO 2004/107448 A1.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist, ein weiteres Halbleiterbauteil anzugeben, das den oben erwähnten Anforderungen genügt.The The object underlying the invention is another semiconductor device indicate that the above mentioned Requirements are sufficient.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Halbleiterbauteil gemäß Patentanspruch
1 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Halbleiterbauteils gemäß den Patentansprüchen
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil weist einen Halbleiterkörper auf, in dem ein aktiver Bereich und ein an den aktiven Bereich angrenzender Randbereich vorgesehen sind. Der Randbereich weist auf:
- – eine erste Halbleiterschicht des einen Dotiertyps,
- – eine zweite Halbleiterschicht des anderen Dotiertyps, die auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist,
- – Trenches, die die zweite Halbleiterschicht durchstoßen und in die erste Halbleiterschicht hineinragen, wobei in den Trenches Trench-Elektroden vorgesehen sind, die mittels entsprechender Isolationsschichten gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert sind, und
- – Oberflächen-Elektroden, die oberhalb der zweiten Halbleiterschicht vorgesehen sind und mit der zweiten Halbleiterschicht und jeweils einer Trench-Elektrode elektrisch verbunden sind, derart, dass eine lateral verlaufende Serienschaltung von MOS-Dioden des anderen Kanaltyps gebildet wird, wobei jede MOS-Diode aus einem Trench, der in dem Trench vorgesehenen Isolationsschicht und Trench-Elektrode, den an den Trench angrenzenden Bereichen der ersten und zweiten Halbleiterschicht sowie der mit der Trench-Elektrode elektrisch verbundenen Oberflächen-Elektrode besteht. Die Oberflächen-Elektroden liegen zumindest teilweise direkt auf der zweiten Halbleiterschicht auf, d.h. sind direkt auf der zweiten Halbleiterschicht angeordnet.
- A first semiconductor layer of the one doping type,
- A second semiconductor layer of the other doping type, which is arranged on the first semiconductor layer,
- Trenches that pierce the second semiconductor layer and protrude into the first semiconductor layer, wherein in the trenches trench electrodes are provided, which are electrically insulated by means of corresponding insulating layers with respect to the semiconductor body, and
- - Surface electrodes which are provided above the second semiconductor layer and are electrically connected to the second semiconductor layer and each of a trench electrode, such that a laterally extending series connection of MOS diodes of the other channel type is formed, each MOS diode of a trench comprising the insulating layer and trench electrode provided in the trench, the regions of the first and second semiconductor layers adjoining the trench, and the surface electrode electrically connected to the trench electrode. The surface electrodes are at least partially directly on the second semiconductor layer, ie are arranged directly on the second semiconductor layer.
In einer Ausführungsform ist jede Oberflächen-Elektrode nur mit dem Bereich der zweiten Halbleiterschicht verbunden, der bezüglich des entsprechenden Trenchs, dem die Oberflächen-Elektrode "zugeordnet" ist, dem aktiven Bereich des Halbleiterbauteils zugewandt ist.In an embodiment is every surface electrode only connected to the region of the second semiconductor layer, the in terms of of the corresponding trench to which the surface electrode is "assigned" to the active region of the semiconductor device is facing.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Oberflächen-Elektrode mit der entsprechenden "zugeordneten" Trench-Elektrode zu einer gemeinsamen Elektrode verschmolzen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass, wie später noch genauer erläutert werden wird, sie sich besonders einfach herstellen lässt.In a preferred embodiment is every surface electrode with the corresponding "associated" trench electrode merged into a common electrode. This embodiment has the advantage that, as later explained in more detail will be, it is particularly easy to manufacture.
Die Oberflächen-Elektroden und die Trench-Elektroden bestehen vorzugsweise aus dotiertem Polysilizium des einen oder anderen Dotiertyps. Um eine gute Abschirmung externer elektrischer Felder bzw. ein effektives Absaugen von Oberflächenladungen zu ermöglichen, sollten die Oberflächen-Elektroden ringförmig ausgestaltet sein und den aktiven Bereich (zumindest teilweise) umschließen.The surface electrodes and the trench electrodes are preferably made of doped polysilicon of one or the other doping type. For a good shielding of external electric fields or an effective suction of upper To allow surface charges, the surface electrodes should be designed annular and the active area (at least partially) enclose.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der eine Dotiertyp der n-Typ und der andere Dotiertyp der p-Typ. Selbstverständlich können in sämtlichen Ausführungsformen die Dotiertypen miteinander vertauscht werden, das heißt n-Bereiche können durch p-Bereiche ersetzt werden und umgekehrt. Das Halbleiterbauteil kann sowohl einen lateralen als auch einen vertikalen Aufbau aufweisen.In a preferred embodiment For example, one doping type is n-type and the other doping type is p-type. Of course can in all embodiments the doping types are interchanged, that is, n-regions can through p-ranges be replaced and vice versa. The semiconductor device can both have a lateral as well as a vertical structure.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils bereit, mit den folgenden Schritten:
- – Ausbilden der zweiten Halbleiterschicht auf oder in der ersten Halbleiterschicht,
- – Ausbilden der Trenches,
- – Auskleiden der Innenwände der Trenches mit Isolationsschichten,
- – Abscheiden einer Schicht aus leitendem Material auf der Oberfläche der so entstandenen Struktur, derart, dass die Trenches wenigstens teilweise mit dem leitenden Material aufgefüllt werden,
- – Strukturieren der aus leitendem Material bestehenden Schicht.
- Forming the second semiconductor layer on or in the first semiconductor layer,
- - forming the trenches,
- Lining the inner walls of the trenches with insulating layers,
- Depositing a layer of conductive material on the surface of the resulting structure such that the trenches are at least partially filled with the conductive material,
- - Structuring the existing layer of conductive material.
Die Schicht aus leitendem Material besteht vorzugsweise aus (hoch-)dotiertem Halbleitermaterial, kann jedoch auch aus einem Metall bestehen.The Layer of conductive material is preferably made of (highly) doped Semiconductor material, but may also consist of a metal.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil auch wie folgt hergestellt werden:
- – Ausbilden der Trenches in der ersten Halbleiterschicht,
- – Auskleiden der Innenwände der Trenches mit Isolationsschichten,
- – Abscheiden einer Schicht aus dotiertem halbleitenden Material auf der Oberfläche der so entstandenen Struktur, derart, dass die Trenches wenigstens teilweise mit dem halbleitenden Material aufgefüllt werden,
- – Ausbilden der zweiten Halbleiterschicht, indem Dotierstoffe mittels eines Temperprozesses in den oberen Teil der zwischen den Trenches befindlichen Bereiche der ersten Halbleiterschicht eingebracht werden (die Dotierstoffe treten aus der aus dotiertem halbleitenden Material bestehenden Schicht in den Halbleiterkörper ein), und
- – Strukturieren der aus dotiertem halbleitenden Material bestehenden Schicht.
- Forming the trenches in the first semiconductor layer,
- Lining the inner walls of the trenches with insulating layers,
- Depositing a layer of doped semiconductive material on the surface of the resulting structure such that the trenches are at least partially filled with the semiconducting material,
- Forming the second semiconductor layer by introducing dopants into the upper part of the regions between the trenches of the first semiconductor layer by means of an annealing process (the dopants enter the semiconductor body from the layer consisting of doped semiconducting material), and
- - Structuring of the layer consisting of doped semiconducting material.
Beide Herstellungsverfahren weisen den Vorteil auf, dass die Oberflächen-Elektroden sowie die Trench-Elektroden als gemeinsame, miteinander verschmolzene Elektroden in einem Prozessschritt hergestellt werden können.Both Manufacturing processes have the advantage that the surface electrodes and the trench electrodes as common, fused together Electrodes can be produced in one process step.
Die Erfindung lässt sich besonders gewinnbringend auf dem Gebiet der Leistungs-Halbleiterbauteile einsetzen.The Invention leaves particularly beneficial in the field of power semiconductor devices deploy.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures exemplary embodiment explained in more detail. It demonstrate:
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile sowie Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.In the figures are identical or corresponding areas, Components and component groups are marked with the same reference numbers.
Ein
Halbleiterbauteil
Das
Material der Trench-Elektroden
In
In
Die
Herstellung des in
Im
vorangehend beschriebenen Herstellungsprozess war vor Ausbilden
der Trenches
Zunächst ist die zweite Halbleiterschicht
First, the second semiconductor layer
Erfindungsgemäß wird demnach ein Halbleiterbauteil angegeben, in dessen Randbereich Feldringstrukturen und/oder Feldplatten verwendet werden. Im Randbereich des Leistungshalbleiters werden durch maskierte Ätzprozesse Trenches erzeugt, die die oberflächennahe p-dotierte Zone durchstoßen. Anschließend werden diese Trenches mit einem Isolator versehen und abschließend mit Polysilizium aufgefüllt, wobei das Polysilizium das p-dotierte Gebiet kontaktiert. Die Struktur ermöglicht eine hohe Sperrfähigkeit als auch eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Oberflächenladungen.Accordingly, according to the invention a semiconductor device specified in the edge region Feldringstrukturen and / or field plates are used. In the edge area of the power semiconductor be through masked etching processes Trenches generated, which are the near-surface Pierce p-doped zone. Subsequently These trenches are provided with an insulator and finally with Filled in polysilicon, wherein the polysilicon contacts the p-doped region. The structure allows a high blocking capacity as well as a high insensitivity to surface charges.
Die Erfindung lässt sich auf beliebige Halbleiterbauteile anwenden, beispielsweise auf MOSFETs (MOS-Feldeffekttransistor), IGBTs (Insulated-Gate-Bipolartransistor), Dioden, etc..The Invention leaves to apply to any semiconductor devices, for example on MOSFETs (MOS Field Effect Transistor), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), Diodes, etc.
- 11
- HalbleiterbauteilSemiconductor device
- 22
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 33
- aktiver Bereichactive Area
- 44
- Randbereichborder area
- 55
- erste Halbleiterschichtfirst Semiconductor layer
- 66
- zweite Halbleiterschichtsecond Semiconductor layer
- 77
- Trenchtrench
- 88th
- Trench-ElektrodeTrench electrode
- 99
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1010
- Oberflächen-ElektrodenSurface electrode
- 1111
- MOS-ElektrodeMOS-electrode
- 1212
- dritte Halbleiterschichtthird Semiconductor layer
- 1313
- Oberflächesurface
- 1414
- Polysiliziumschichtpolysilicon layer
- 1515
- Sägekantesawing edge
- 1616
- elektrische Verbindungelectrical connection
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- HalbleitergebietSemiconductor region
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2004107448A1 (en) * | 2003-05-31 | 2004-12-09 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Semiconductor device having an edge termination structure and method of manufacture thereof |
-
2005
- 2005-01-17 DE DE200510002198 patent/DE102005002198B3/en active Active
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