DE102005041335B4 - Edge structure and method for producing a peripheral structure for a power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauelement
mit einem Halbleiterkörper
(1), der folgende Merkmale aufweist:
– eine Vorderseite (11),
– einen
Innenbereich (2),
– einen
den Innenbereich (2) in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (1)
umgebenden Randbereich (3),
– eine Feldstoppzone (5) von
einem ersten Leitungstyp, und
– eine zwischen der Feldstoppzone
(5) und der Vorderseite (11) angeordnete erste Zone (4) vom ersten
Leitungstyp, die geringer dotiert ist als die Feldstoppzone (5),
dadurch
gekennzeichnet, dass
die Feldstoppzone (5) eine im Innenbereich
(2) angeordnete innere Feldstoppzone (50) und eine im Randbereich
(3) angeordnete äußere Feldstoppzone
(51) umfasst, wobei die äußere Feldstoppzone
(51) weiter von der Vorderseite (11) beabstandet ist als die innere
Feldstoppzone (50) und wobei ein abgestufter Übergang von der inneren Feldstoppzone
(50) zu der äußeren Feldstoppzone
(51) vorhanden ist.Semiconductor component having a semiconductor body (1), which has the following features:
A front side (11),
- an interior area (2),
A peripheral region (3) surrounding the inner region (2) in a lateral direction of the semiconductor body (1),
A field stop zone (5) of a first conductivity type, and
A first zone (4) of the first conductivity type arranged between the field stop zone (5) and the front side (11), which is less doped than the field stop zone (5),
characterized in that
the field stop zone (5) comprises an inner field stop zone (50) arranged in the inner region (2) and an outer field stop zone (51) arranged in the edge region (3), the outer field stop zone (51) being farther from the front side (11) than the outer field stop zone (51) inner field stop zone (50) and wherein there is a stepped transition from the inner field stop zone (50) to the outer field stop zone (51).
Description
Die Erfindung betrifft eine Randstruktur bzw. einen Randabschluss für ein Leistungshalbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung einer Randstruktur für ein Leitungshalbleiterbauelement.The The invention relates to an edge structure or an edge termination for a power semiconductor component and a method of manufacturing a peripheral structure for a line semiconductor device.
Randabschlüsse dienen in bekannter Weise dazu, die Sperrfähigkeit von hochsperrenden Leistungshalbleiterbauelementen wie z.B. Dioden, Thyristoren oder IGBTs dadurch zu erhöhen, dass die maximalen elektrischen Feldstärken, die üblicherweise im Randbereich des Bauelements auftreten, abgesenkt werden, um eine möglichst homogene Verteilung des elektrischen Feldes in dem Bauelement und damit eine möglichst hohe Durchbruchspannung des Leistungshalbleiterbauelementes zu erreichen.Edge seals serve in a known manner, the blocking capability of high-blocking Power semiconductor devices such as e.g. Diodes, thyristors or To increase IGBTs by that the maximum electric field strengths, usually in the edge area of the component occur, be lowered to one as possible homogeneous distribution of the electric field in the device and so that one possible high breakdown voltage of the power semiconductor device to achieve.
Heute übliche Randabschlüsse basieren z.B. auf Feldring- und/oder Feldplattenkonzepten oder auf angeschrägten Bereichen des Halbleiterchips. Eine Übersicht über eine Vielzahl typischer Randabschlüsse ist beispielsweise in B. J. Baliga: „Power Semiconductor Devices" PWS Publishing, Boston, 1995, Seite 81 ff, beschrieben.Today standard edge finishes are based e.g. on field ring and / or Field plate concepts or on beveled areas of the semiconductor chip. An overview of one Variety of typical border finishes for example, in B.J. Baliga: "Power Semiconductor Devices" PWS Publishing, Boston, 1995, page 81 et seq.
Des
Weiteren weisen typische Leistungshalbleiterbauelemente Feldstoppzonen
auf, die dazu dienen, ein weicheres Abschalten des Bauelements zu
ermöglichen.
Derartige Feldstoppzonen sind beispielsweise in der
Auch
bei Vorsehen eines oder mehrerer eingangs erwähnter, in
In
der
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eine Feldstoppzone aufweisendes Leistungshalbleiterbauelement mit einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten, insbesondere einfach und platzsparend zu realisierenden Randabschluss bereitzustellen.It It is the object of the present invention to provide a field stop zone having power semiconductor component with a relation to the State of the art improved, especially simple and space-saving to provide realizable edge termination.
Diese Aufgabe wird durch Leistungshalbleiterbauelemente gemäß den Ansprüchen 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.These The object is achieved by power semiconductor components according to claims 1 and 14 solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of dependent claims.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper, der eine Vorderseite, einen Innenbereich und einen den Innenbereich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers umgebenden Randbereich aufweist. Des Weiteren umfasst der Halbleiterkörper – vorzugsweise im Bereich der der Vorderseite abgewandten Rückseite – eine Feldstoppzone von einem ersten Leitungstyp sowie eine zwischen der Feldstoppzone und der Vorderseite angeordnete erste Zone vom ersten Leitungstyp, die geringer dotiert ist als die Feldstoppzone. Erfindungsgemäß umfasst die Feldstoppzone eine im Innenbereich angeordnete innere Feldstoppzone und eine im Randbereich angeordnete äußere Feldstoppzone, wobei die äußere Feldstoppzone weiter von der Vorderseite beabstandet ist als die innere Feldstoppzone und wobei ein abgestufter Übergang zwischen der inneren Feldstoppzone zu der äußeren Feldstoppzone vorhanden ist.The semiconductor component according to the invention comprises a semiconductor body which has a front side, an inner region and an edge region surrounding the inner region in a lateral direction of the semiconductor body. Furthermore, the semiconductor body comprises-preferably in the region of the rear side remote from the front side-a field stop zone of a first conductivity type and a first zone of the first conductivity type arranged between the field stop zone and the front side, which is less doped than the field stop zone. According to the invention, the field stop zone comprises an inner field stop zone arranged inside and an outer field stop zone arranged in the edge area, wherein the outer field stop zone is farther from the front than the inner field stop zone and wherein a stepped transition between the inner field stop zone to the äu ßeren field stop zone is present.
Durch diese Anordnung kann sich die Raumladungszone im Randbereich der ersten Zone in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers stärker ausdehnen, was eine Absenkung der maximalen elektrischen Feldstärke im Randbereich bewirkt. Dadurch sinkt die Gefahr von Spannungsdurchbrüchen im Randbereich bei in Sperrrichtung gepoltem Leistungshalbleiterbauelement. Der abgestufte Übergang zwischen der inneren Feldstoppzone, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers weiter in Richtung von dessen Vorderseite erstreckt als die äußere Feldstoppzone, und der äußeren Feldstoppzone ermöglicht dabei eine besonders platzsparende Realisierung des Randabschlusses. Der abgestufte Übergang, der dazu führt, dass die äußere Feldstoppzone gleichmäßig zu der Vorderseite beabstandet ist, führt außerdem zu einer ausgeprägten Abgrenzung zwischen Innenbereich und Randbereich und einer gleichen Spannungsfestigkeit im Randbereich.By This arrangement can be the space charge zone in the edge region of the expand the first zone more in a vertical direction of the semiconductor body, which is a lowering of the maximum electric field strength in the edge area causes. This reduces the risk of voltage breakdown in the Edge region in the reverse polarity poled power semiconductor device. The graduated transition between the inner field stop zone, which is in the vertical direction of the semiconductor body further in the direction of the front side than the outer field stop zone, and the outer field stop zone allows while a particularly space-saving realization of the edge termination. The graduated transition, which leads that the outer field stop zone even to that Front is spaced leads Furthermore to a pronounced Demarcation between interior and peripheral area and a same Dielectric strength in the edge area.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die innere Feldstoppzone und die äußere Feldstoppzone voneinander beabstandet.at an embodiment The invention relates to the inner field stop zone and the outer field stop zone spaced apart.
Des Weiteren kann die äußere Feldstoppzone zwei oder mehrere Teilzonen aufweisen, deren Abstand zur Vorderseite um so größer ist, je weiter die betreffende Teilzone vom Innenbereich beabstandet ist. Dabei können einzelne Teilzonen sowohl voneinander beabstandet als auch aneinander angrenzend angeordnet sein. Insbesondere zwei aneinander grenzende Teilzonen können sich durch ihren Abstand von der Vorderseite unterscheiden.Of Further, the outer field stop zone have two or more subzones whose distance from the front the bigger, the farther the subzone in question is spaced from the inner region is. It can individual sub-zones both spaced from each other and to each other be arranged adjacent. In particular, two adjacent ones Subzones can differ by their distance from the front.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Feldstoppzone zumindest in der lateralen Richtung von der Oberfläche des Halbleiterkörpers beabstandet und vorzugsweise nur im Innenbereich angeordnet. Die Feldstoppzone kann sowohl zusammenhängend ausgebildet sein als auch aus voneinander beabstandeten Abschnitten bestehen.According to one another preferred embodiment the invention is the field stop zone at least in the lateral direction from the surface of the Semiconductor body spaced and preferably arranged only indoors. The Field stop zone can be formed both contiguous also consist of spaced sections.
Abhängig von der jeweiligen Art des Halbleiterbauelements ist auf der der Vorderseite abgewandten Seite der Feldstoppzone eine zweite Zone angeordnet, an die sich die Feldstoppzone entweder anschließt oder die beabstandet wenigstens zu der Feldstoppzone des Innenbereiches angeordnet ist. Diese zweite Feldstoppzone kann vom selben Leistungstyp wie die Stoppzone oder komplementär zu der Feldstoppzone dotiert sein. Bei der Variante, bei der die Feldstoppzone nur im Innenbereich angeordnet ist, ist die zweite Zone vorzugsweise vom selben Leitungstyp wie die Feldstoppzone. Die Dotierungskonzentration dieser zweiten Zone ist im Allgemeinen größer als die Dotierungskonzentration der Feldstoppzone.Depending on the respective type of the semiconductor device is on the front side opposite side of the field stop zone arranged a second zone, to which the field stop zone either adjoins or at least distances is arranged to the field stop zone of the inner region. This second Field stop zone can be of the same power type as the stop zone or complementary be doped to the field stop zone. In the variant in which the Field stop zone is located only indoors, is the second Zone preferably of the same conductivity type as the field stop zone. The doping concentration of this second zone is generally greater than the doping concentration of the field stop zone.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, für die Herstellung der Feldstoppzone implantierende Teilchen maskiert unter Verwendung einer Implantationsmaske über die Rückseite in den Halbleiterkörper zu implantieren. Die Implantationsmaske weist dabei einen abgestuften Dickenverlauf mit einer ersten Dicke über dem Innenbereich und wenigstens einer zweiten Dicke, die größer als die erste Dicke ist, über dem Randbereich auf. Aufgrund dieses abgestuften Dickenverlaufs der Maske werden die dotierenden Teilchen im Randbereich ausgehend von der Rückseite weniger tief in den Halbleiterkörper implantiert als im Innenbereich. Hierdurch entsteht eine abgestufte Feldstoppzone, die eine äußere Feldstoppzone umfasst, die sich weniger weit in Richtung der Vorderseite erstreckt als eine innere Feldstoppzone im Innenbereich.at the method according to the invention is intended for masking the preparation of the field stop zone implanting particles using an implantation mask over the back into the semiconductor body implant. The implantation mask has a graduated Thickness course with a first thickness above the interior and at least a second thickness that is greater than the first thickness is over the edge area. Due to this graduated thickness course the mask, the doping particles in the edge region starting from the back less deep in the semiconductor body implanted as indoor. This creates a graded Field stop zone, which is an outer field stop zone includes, which extends less far toward the front as an inner field stop zone indoors.
Die Dicke der Maske über dem Innenbereich kann dabei insbesondere Null sein, was gleichbedeutend damit ist, dass die Maske nur über dem Randbereich angeordnet ist.The Thickness of the mask over the interior can be zero in particular, which is synonymous with that is that the mask only over the edge area is arranged.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. In diesen zeigenThe The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. In show this
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In the same reference numerals designate like parts with the same Importance.
Der
Halbleiterkörper
Zwischen
der Vorderseite
Der
Halbleiterkörper
Die
Feldstoppzone
Die
Feldstoppzone
In
nicht näher
dargestellter Weise besteht dabei insbesondere auch die Möglichkeit,
dass die innere Feldstoppzone
Entsprechend
können
die innere und äußere Feldstoppzone
Die
Feldstoppzone
Zwischen
der Feldstoppzone
Darüber hinaus
kann sich die Feldstoppzone
Bei
einer Abwandlung ist vorgesehen, dass sich die einzelnen Teilzonen
In
entsprechender Weise kann die äußere Feldstoppzone
Die
in
Im
Unterschied dazu zeigt
In
entsprechender Weise können
keine, einzelne oder alle Teilzonen
Die
Feldstoppzone
Die
Feldstoppzone
Bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß der
Die
in den vorangehenden Figuren beispielhaft anhand einer Leistungsdiode
vorgestellten Ausführungsmöglichkeiten
einer Feldstoppzone lassen sich in entsprechender Weise auch bei
anderen Leistungshalbleiterbauelementen bzw. Thyristoren, IGBTs,
MOSFETs usw. einsetzen, wobei die Variante gemäß der
Die
Anwendung der erläuterten
Feldstoppstruktur wird in
Die
erste Zone
Durch
die Feldstoppzone
In
entsprechender Weise lassen sich alle anhand der unter Bezugnahme
auf die
Bei
einem MOSFET bildet die erste Zone
Bei
einem IGBT bildet die erste Zone
Für die zuvor
erläuterten
Ausführungsbeispiele
eines Bauelements mit einer erfindungsgemäßen Feldstoppzone
Eine
solche aus mehreren Abschnitten aufgebaute innere Feldstoppzone
ist selbstverständlich auch
auf die übrigen
Ausführungsbeispiele,
insbesondere auch auf die Ausführungsbeispiele
gemäß der
Ein
Verfahren zur Herstellung der Feldstoppzone für eines der anhand der
Bezugnehmend
auf
Darüber hinaus
besteht auch die Möglichkeit,
die Implantationsmaske
Die
Implantationsmaske
Der
abgestufte Dickenverlauf der Implantationsmaske
Zur
Einstellung der Breite des Implantationsbereiches
Die
größere Dicke
der Maske
An
die Implantation schließt
sich ein Temperaturschritt an, bei dem der Halbleiterkörper
Die
dotierenden Teilchen können
für die
Herstellung einer n-dotierten
Feldstoppzone n-Dotierstoffionen, wie beispielsweise Phosphorionen
oder Arsenionen, sein. Zur Herstellung einer n-dotierten Feldstoppzone
können
auch Protonen in den Halbleiterkörper
Durch
das zuvor erläuterte
Verfahren entsteht eine Feldstoppzone
Die
Bauelemente der
Die
Bauelemente gemäß der
An
das Verfahren zur Herstellung der in Richtung des Randes abgestuften
Feldstoppzone
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- Innenbereichinterior
- 33
- Randbereichborder area
- 44
- erste Zone, n-Basisfirst Zone, n-base
- 55
- FeldstoppzoneField stop zone
- 66
- zweite Zone, n+-Emitter oder p+-Emittersecond zone, n + emitter or p + emitter
- 77
- p-Emitterp-emitter
- 88th
- stark n-dotierte Zonestrongly n-doped zone
- 1010
- erste Elektrodefirst electrode
- 1111
- Vorderseitefront
- 2020
- zweite Elektrodesecond electrode
- 2121
- Rückseiteback
- 5050
- innere Feldstoppzoneinner Field stop zone
- 5151
- äußere Feldstoppzoneouter field stop zone
- 50'50 '
- implantierter Bereichimplanted Area
- 51'51 '
- implantierter Bereichimplanted Area
- 51a51a
- erste Teilzone der äußeren Feldstoppzonefirst Partial zone of the outer field stop zone
- 51b51b
- zweite Teilzone der äußeren Feldstoppzonesecond Partial zone of the outer field stop zone
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- Implantationsmaskeimplantation mask
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE |
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