DE102006036295A1 - High voltage transistor integrated into CMOS logic structures for e.g. smart power technology, combines junction- and complementary metal oxide transistor structures - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauteil, insbesondere einen Hochvolt-Transistor, der in gewöhnlich verwendete CMOS-Logik-Strukturen integriert werden kann.The The invention relates to a semiconductor component, in particular a high-voltage transistor, usually used CMOS logic structures can be integrated.
In verschiedenen Anwendungen, wie beispielsweise Smart Power Technology (SPT-)Produkten, werden Logik-Strukturen, die üblicherweise in CMOS-Technologie ausgeführt werden, mit Hoch-Volt-Treiberstufen integriert. Problematisch dabei ist die Diskrepanz zwischen der äußeren Nennspannung des resultierenden Bauelementes bzw. der resultierenden Schaltung von 15 bis 30 V und der Betriebsspannung der CMOS-Logik-Transistoren von ca. 1,5 V.In various applications, such as Smart Power Technology (SPT) products, are logic structures that are commonly used in CMOS technology accomplished be, with high-voltage driver stages integrated. The problem here is the discrepancy between the external rated voltage the resulting device or the resulting circuit from 15 to 30 V and the operating voltage of the CMOS logic transistors of about 1.5 V.
Wegen der hohen Steilheit der Übertragungskennlinie werden bevorzugt LDMOS- oder DEMOS-Transistoren eingesetzt. Bei diesen Transistoren dient eine sogenannte Drain-Extension dazu, das nicht spannungsfeste Gateoxid des CMOS-Logik-Transistors bei ausgeschaltetem Transistor von der hohen Drainspannung abzuschirmen. Dazu wird ein Halbleiter-Bereich zwischen innerem und äußerem Drain-Anschluss bereitgestellt, über dem bei ausgeschaltetem Transistor der größte Teil der Spannung am äußeren Drain-Anschluss abfällt, so dass am inneren Drain-Anschluss nur die vom CMOS-Transistor tolerierte Spannung anliegt. Dies wird durch eine Verarmung des Halbleiter-Bereiches erreicht. Bei eingeschaltetem Transistor soll hingegen der Stromfluss durch den Halbleiter-Bereich nicht oder kaum begrenzt werden.Because of the high transconductance of the transfer characteristic LDMOS or DEMOS transistors are preferably used. at these transistors serve a so-called drain extension to the non-voltage-resistant gate oxide of the CMOS logic transistor at shielded transistor from the high drain voltage. For this purpose, a semiconductor region between the inner and outer drain connection provided over when the transistor is switched off, the largest part of the voltage at the outer drain connection drops so that at the inner drain port only the voltage tolerated by the CMOS transistor is applied. this will achieved by depletion of the semiconductor region. When switched on Transistor should, however, the current flow through the semiconductor region not or hardly be limited.
Die Optimierung zwischen den Anforderungen an die Spannungsfestigkeit und an den Einschaltwiderstand Ron, verbunden mit den Anforderungen an die Verkleinerung der lateralen Abmessun gen der Bauelemente, stellen eine Herausforderung bei der Integration in bestehende CMOS-Logik-Technologien dar. Insbesondere bei der Verwendung von Shallow Trench Isolations (STI) mit implantierten und retrograd dotierten Wannen anstelle von LOCOS-Technologien ist die notwendige Erhöhung der Spannungsfestigkeit am Drain um den Faktor 10 bis 20 bezogen auf den CMOS-Basistransistor schwer zu realisieren.The optimization between the withstand voltage and on-resistance requirements R on , combined with the requirements for scaling down the lateral dimensions of the devices, presents a challenge in integrating with existing CMOS logic technologies. Especially when using shallow Trench Isolation (STI) with implanted and retrograde doped wells instead of LOCOS technologies, the necessary increase of the drain voltage by a factor of 10 to 20 with respect to the CMOS base transistor is difficult to realize.
Bekannte Lösungen für LOCOS-Technologien sind Transistoren mit einem lateralen Dotierungsgradienten innerhalb der Drain-Extension und/oder des Kanalgebietes (LDMOS) oder RESURF-Transistoren, bei denen durch ein die Drain-Extension ganz oder teilweise überlappendes dickes Dielektrikum (Feldoxid) und eine Feldplatte der Spannungsabfall in der Drain-Extension gleichmäßiger verteilt wird. Bei der „Double RESURF" genannten Technik werden zusätzlich vergrabene Schichten zur Optimierung der Verarmung und der Feldstärkeverteilung genutzt.Known solutions for LOCOS technologies are transistors with a lateral doping gradient within the drain extension and / or the channel region (LDMOS) or RESURF transistors, in which by a Drain extension completely or partially overlapping thick dielectric (field oxide) and a field plate distributes the voltage drop more evenly in the drain extension becomes. At the "Double RESURF " Technology will be additional buried layers to optimize depletion and field strength distribution used.
Bei der Nutzung von retrograd dotierten Logik-Wannen als Drain-Extension wird deren vertikaler Dotierungsgradient als elektrisch effektives Element der Drain-Extension genutzt. Jedoch ist damit keine ausreichende Erhöhung der Spannungsfestigkeit am Drain zu erreichen. Für die Integration von Ausgangsstufen für höhere Spannungen bis etwa 24 V in reine CMOS-Logik-Prozesse sind keine Lösungen bekannt.at the use of retrograde doped logic wells as a drain extension becomes their vertical doping gradient as electrically effective Used element of the drain extension. However, this is not sufficient increase to reach the dielectric strength at the drain. For the integration of output stages for higher voltages to about 24V in pure CMOS logic processes No solutions are known.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Hochvolttransistor bereitzustellen, der in einen CMOS-Logik-Basisprozess mit STI integriert werden kann und einen gegenüber bisher bekannten Lösungen deutlich erweiterten Spannungsbereich am Drain aufweist.Therefore It is an object of the invention to provide a high-voltage transistor, which can be integrated into a CMOS logic base process with STI and one opposite previously known solutions has significantly extended voltage range at the drain.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Halbleiterbauteil gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbil dungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.These Task is solved by a semiconductor device according to claim 1. Advantageous embodiments or Weitererbil applications of the inventive concept can be found in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil umfasst mindestens einen MOS-Transistor mit einem Source-, einem Gate- und einem Drain-Anschluss. Dabei ist in einem halbleitenden Substrat eines ersten Leitungstyps, das eine Oberfläche aufweist, ein erstes halbleitendes Gebiet vom ersten Leitungstyp, dessen Dotierung höher als die des Substrates ist, angeordnet. Das erste halbleitende Gebiet ist in einem ersten lateralen Bereich des Substrates ausgebildet.The inventive semiconductor device comprises at least one MOS transistor with a source, a Gate and drain. It is in a semiconducting Substrate of a first conductivity type having a surface a first semiconductive region of the first conductivity type whose doping higher than that of the substrate is arranged. The first semiconducting area is formed in a first lateral region of the substrate.
Ein drittes halbleitendes Gebiet von einem zweiten Leitungstyp, der dem ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, und ein viertes halbleitendes Gebiet vom ersten Leitungstyp erstrecken sich innerhalb des ersten halbleitenden Gebietes und sind mit dem Source-Anschluss elektrisch leitend verbunden. Das dritte halbleitende Gebiet ist lateral von der Grenzfläche zwischen Substrat und erstem halbleitenden Gebiet beabstandet und grenzt lateral an den Gate-Anschluss an, wobei es vom Gate-Anschluss durch eine dielektrische Schicht isoliert ist.One third semiconducting region of a second conductivity type, the is opposite to the first conductivity type, and a fourth semiconducting one Area of the first conductivity type extend within the first semiconducting region and are electrically connected to the source terminal conductively connected. The third semiconducting region is lateral to the interface spaced between the substrate and the first semiconductive region and laterally adjoins the gate terminal, passing it from the gate terminal through a dielectric Layer is isolated.
Ein fünftes halbleitendes Gebiet vom zweiten Leitungstyp ist beabstandet von der Grenzfläche zwischen dem ersten halbleitenden Gebiet und dem Substrat angeordnet und ist mit dem Drain-Anschluss elektrisch leitend verbunden.One fifth Semiconducting region of the second conductivity type is spaced from the interface disposed between the first semiconductive region and the substrate and is electrically connected to the drain terminal.
Zwischen dem dritten halbleitenden Gebiet und der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem ersten halbleitenden Gebiet erstreckt sich lateral ein Kanal innerhalb des ersten halbleitenden Gebietes. Das heißt, der Kanal ist lateral zwischen dem dritten und dem fünften halbleitenden Gebiet angeordnet. Der Kanal ist elektrisch über die dielekrische Schicht mit dem Gate-Anschluss verbunden und kann über eine am Gate-Anschluss anliegende Spannung gesteuert werden. Er bildet den Kanal-Bereich des MOS-Transistors.Between the third semiconductive region and the interface between the substrate and the first semiconducting region, a channel laterally extends within the first semiconducting region. That is, the channel is laterally located between the third and fifth semiconductive regions assigns. The channel is electrically connected to the gate terminal via the dielectric layer and can be controlled via a voltage applied to the gate terminal. It forms the channel region of the MOS transistor.
Das Halbleiterbauteil umfasst weiterhin ein sechstes halbleitendes Gebiet vom zweiten Leitungstyp, das lateral zwischen dem fünften halbleitenden Gebiet und dem Kanal angeordnet ist. Das sechste Gebiet ist elektrisch leitend mit dem fünften halbleitenden Gebiet verbunden und erstreckt sich vertikal bis in eine sechste Tiefe d6. Das sechste halbleitende Gebiet ist vom Gate-Anschluss durch die dielektrische Schicht isoliert.The Semiconductor device further comprises a sixth semiconducting region of the second conductivity type, which is laterally intermediate between the fifth Region and the channel is arranged. The sixth area is electric conducting with the fifth semiconducting Area and extends vertically to a sixth Depth d6. The sixth semiconductive area is from the gate terminal isolated by the dielectric layer.
Weiterhin umfasst das Halbleiterbauteil ein vergrabenes halbleitendes Gebiet vom zweiten Leitungstyp, dessen Oberkante sich in einer Tiefe d21 von der Oberfläche des Substrates befindet und das elektrisch leitend mit dem fünften halbleitenden Gebiet verbunden ist, wobei d21 größer als d6 ist und sich das vergrabene Gebiet zumindest teilweise unterhalb des sechsten halbleitenden Gebietes befindet.Farther For example, the semiconductor device includes a buried semiconductive region of the second conductivity type whose upper edge is at a depth d21 of the surface is the substrate and the electrically conductive with the fifth semiconducting Area is connected, where d21 is greater than d6 and the buried territory at least partially below the sixth semiconducting Area is located.
In einer besonderen Ausführungsform wird das sechste halbleitende Gebiet bei Anliegen einer Spannung am Gate-Anschluss, die kleiner als die Schwellspannung des MOS-Transistors ist, der durch den Kanal-Bereich und das dritte und sechste halbleitende Gebiet gebildet wird, verarmt. Das heißt, innerhalb des sechsten halbleitenden Gebietes bildet sich, ausgehend vom pn-Übergang zwischen dem sechsten halbleitenden Gebiet und dem Substrat, eine Sperrschicht aus.In a particular embodiment becomes the sixth semiconductive area when voltage is applied at the gate terminal, which is smaller than the threshold voltage of the MOS transistor is passing through the channel area and the third and sixth semiconducting Area is formed, impoverished. That is, within the sixth Semiconducting region forms, starting from the pn junction between the sixth semiconductive region and the substrate, a barrier layer out.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil stellt einen Hochvolt-CMOS-Transistor dar, bei dem sich zwischen dem Drain-Anschluss des Halbleiterbauteils und dem inneren Drain-Anschluss des CMOS-Transistors eine Drain-Extension, das sechste halbleitende Gebiet, befindet. Drain-Anschluss, Drain-Extension und in nerer Drain-Anschluss des CMOS-Transistors bilden einen JFET, der vom Substrat als Gate gesteuert wird.The inventive semiconductor device provides a high-voltage CMOS transistor in which is located between the drain terminal of the semiconductor device and the inner drain terminal of the CMOS transistor has a drain extension, the sixth semiconducting area. Drain connection, drain extension and in nerer drain terminal of the CMOS transistor form a JFET, which is controlled by the substrate as a gate.
Die Drain-Extension wird bei ausgeschaltetem CMOS-Transistor durch das Substrat soweit verarmt, dass über der Drain-Extension eine Spannung abfällt. Das heißt, die Dotierungsstärke und Breite der sich ausbildenden Sperrschicht müssen geeignet sein, einen gewünschten Spannungsabfall zwischen dem fünften halbleitenden Gebiet und dem inneren Drain-Anschluss zu erreichen. Die abfallende Spannung muss so groß sein, dass die am inneren Drain-Anschluss des CMOS-Tansistors anliegende Feldstärke kleiner als die Durchbruchfeldstärke der dielektrischen Schicht unterhalb des Gates des CMOS-Transistors ist. Das unterhalb der Drain-Extension liegende und von ihr beabstandete vergrabene halbleitende Gebiet vom zweiten Leitungstyp, im folgenden Feldplatte genannt, das auf dem Potential des Drain-Anschlusses liegt, aber keinen Beitrag zum Stromfluss liefert, verbessert die Verteilung der Feldstärkelinien innerhalb der Drain-Extension. Damit können Feldstärkespitzen innerhalb der Drain-Extension vermieden und damit die Spannungsfestigkeit des JFET und des gesamten Halbleiterbauteils um den Faktor 10 bis 20 erhöht werden. Demgegenüber ist mit einer gewöhnlichen Drain-Extension nur eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit gegenüber dem CMOS-Basistransistor um den Faktor 3 bis 4 erreichbar.The Drain extension is the CMOS transistor turned off by the Substrate until impoverished that over the drain extension a voltage drops. This means, the doping strength and width of the forming barrier layer must be suitable, a desired Voltage drop between the fifth Semiconducting area and the inner drain connection. The falling voltage must be so great that the at the inner drain connection of the CMOS transistor applied field strength smaller than the breakdown field strength of the dielectric Layer is below the gate of the CMOS transistor. The below the drain extension lying and spaced from her buried Semiconducting region of the second conductivity type, in the following field plate called, which lies at the potential of the drain terminal, but does not contribute to the flow of electricity, improves the distribution the field strength lines within the drain extension. This allows field strength peaks within the drain extension avoided and thus the dielectric strength of the JFET and the whole Semiconductor device can be increased by a factor of 10 to 20. In contrast, is with an ordinary one Drain extension only one increase the dielectric strength reach the CMOS base transistor by a factor of 3 to 4.
Bei eingeschaltetem CMOS-Transitor wirkt der JFET bei hohen Drainspannungen (Sättigungsbereich der Kennlinie) als Stromquelle, wobei der Strom nur über die Drain-Extension fliesst. Da aufgrund der verbesserten Verteilung der Feldstärkelinien in der Drain-Extension höhere Dotierkonzentrationen für die Drain-Extension realisierbar sind, ohne die Spannungsfestigkeit zu verringern, weist die Drain-Extension einen geringeren Ron-Widerstand auf.When the CMOS transistor is switched on, the JFET acts as a current source at high drain voltages (saturation range of the characteristic curve), the current flowing only through the drain extension. Since due to the improved distribution of the field strength lines in the drain extension higher doping concentrations for the drain extension can be realized without reducing the dielectric strength, the drain extension has a lower R on resistance.
In einer besonderen Ausführungsform sind benachbarte CMOS-Transistoren durch eine Shallow Trench Isolation (STI) voneinander isoliert. Eine Shallow Trench Isolation ist ein in die Oberfläche des Substrates eingebrachter Graben, der zumindest teilweise mit isolierendem Material gefüllt ist. In dieser Ausführungsform kommt der Feldplatte eine besondere Bedeutung zu, da eine positive Beeinflussung der Feldstärkeverteilung in der Drain-Extension durch die Wirkung des dicken Feldoxides der LOCOS-Technik, wie bei RESURF-Transistoren genutzt, entfällt oder auf sehr kleine Bereiche begrenzt ist.In a particular embodiment are adjacent CMOS transistors Isolated from each other by a shallow trench isolation (STI). A shallow trench isolation is one in the surface of the substrate introduced trench, at least partially with insulating material filled is. In this embodiment the field plate is of particular importance, as a positive Influencing the field strength distribution in the drain extension by the action of the thick field oxide of LOCOS technology, as used in RESURF transistors, is eliminated or eliminated is limited to very small areas.
In einer anderen besonderen Ausführungsform kontaktiert das sechste halbleitende Gebiet, das heißt die Drain-Extension, die Oberfläche des Substrates unterhalb des Gate-Anschlusses und erstreckt sich bis zur Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem ersten halbleitendem Gebiet. Damit befindet sich der innere Drain-Anschluss des CMOS-Transistors innerhalb des sechsten halbleitenden Gebietes, das nur von seiner Unterseite her vom Substrat verarmt wird.In another particular embodiment contacts the sixth semiconducting area, ie the drain extension, the surface of the substrate below the gate terminal and extends to the interface between the substrate and the first semiconductive region. In order to the inner drain terminal of the CMOS transistor is inside of the sixth semiconducting area, only from its bottom is depleted from the substrate.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform befindet sich ein Isolationsgraben innerhalb des sechsten halbleitenden Gebietes. Die Driftstrecke (d.h. der verarmte Bereich) innerhalb der Drain-Extension wird aufgrund der leicht retrograden Dotierung des sechsten halbleitenden Gebietes bei gleichem lateralen Platzbedarf um einen vertikalen Teil verlängert. Anders ausgedrückt, der laterale Platzbedarf kann bei gleicher Driftstrecke gegenüber einem Halbleiterbauteil ohne einen solchen Isolationsgraben verringert werden. Desweiteren können durch ein Überlappen des Gate-Anschlusses über den Isolationsgraben Feldstärkespitzen innerhalb der Drain-Extension vermieden werden. Damit kann die theoretisch kürzest mögliche Driftlänge in einem realen Bauelement nahezu ausgenutzt werden, und die wei tere Strukturverkleinerung der Halbleiterbauteile bei gleich bleibender Spannungsfestigkeit wird ermöglicht. Weiterhin wird der Querschnitt des sechsten halbleitenden Gebietes unterhalb des Isolationsgrabens verkleinert, so dass die Dotierung des sechsten halbleitenden Gebietes in diesem Bereich weiter vergrößert werden kann, ohne die vollständige Verarmung des Gebietes zu gefährden.In another particular embodiment, an isolation trench is located within the sixth semiconductive region. The drift path (ie the depleted region) within the drain extension is extended by a vertical part due to the slightly retrograde doping of the sixth semiconducting region with the same lateral space requirement. In other words, the lateral space requirement can be equal to one at the same drift distance Semiconductor device can be reduced without such an isolation trench. Furthermore, can be avoided by overlapping the gate terminal on the isolation trench field strength peaks within the drain extension. Thus, the theoretically shortest possible drift length can be almost utilized in a real component, and the wei tere structural reduction of the semiconductor devices with constant dielectric strength is possible. Furthermore, the cross-section of the sixth semiconducting region below the isolation trench is reduced, so that the doping of the sixth semiconducting region in this region can be further increased without jeopardizing the complete depletion of the region.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils ist das sechste halbleitende Gebiet, die Drain-Extension, als vergrabenes Gebiet realisiert. Das heisst, die Oberkante des sechsten halbleitenden Gebietes befindet sich in einer siebten Tiefe d60 gemessen von der Oberfläche des Substrates. Das sechste halbleitende Gebiet grenzt damit nicht an die Oberfläche des Substrates an. Desweiteren kontaktiert das sechste halbleitende Gebiet das erste halbleitende Gebiet nicht.In another embodiment the semiconductor device according to the invention is the sixth semiconducting area, the drain extension, realized as a buried area. This means that the upper edge of the sixth semiconducting area is located measured at a seventh depth d60 from the surface of the Substrate. The sixth semiconducting area does not border on this the surface of the substrate. Furthermore contacted the sixth semiconducting area not the first semiconducting area.
Zwischen der Oberkante des sechsten halbleitenden Gebietes und der Oberfläche des Substrates erstreckt sich ein siebtes halbleitendes Gebiet vom ersten Leitungstyp, das mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden ist. Das siebte halbleitende Gebiet kann ein Teil des Substrates (eines speziell hergestellten und eingestellten Substrates) oder ein eingebrachtes dotiertes Gebiet sein.Between the upper edge of the sixth semiconducting area and the surface of the Substrates, a seventh semiconducting region extends from the first Conduction type, which is electrically connected to the substrate. The seventh semiconductive region may be part of the substrate (a specially prepared and adjusted substrate) or an introduced be doped area.
Ein achtes halbleitendes Gebiet vom zweiten Leitungstyp befindet sich innerhalb des siebten halbleitenden Gebietes. Es ist vom fünften halbleitenden Gebiet beabstandet und mit dem sechsten halbleitenden Gebiet an einigen Stellen elektrisch leitend verbunden. Das achte halbleitende Gebiet erstreckt sich lateral bis zum Kanal und kontaktiert unterhalb des Gate-Anschlusses die Oberfläche des Substrates. Das achte halbleitende Gebiet ist vom Gate-Anschluss durch die dielektrische Schicht isoliert und bildet den inneren Drain-Anschluss des CMOS-Transistors.One Eighth semiconducting region of the second conductivity type is located within the seventh semiconducting area. It is from the fifth semiconducting area spaced and with the sixth semiconducting area at some Make electrically conductive connected. The eighth semiconducting area extends laterally to the channel and contacts below the Gate terminal the surface of the substrate. The eighth semiconductive area is from the gate terminal isolated by the dielectric layer and forms the inner Drain terminal of the CMOS transistor.
Damit entsteht im dritten lateralen Bereich, dem Bereich der Driftstrecke zwischen Drain-Anschluss und innerem Drain-Anschluss ein Aufbau aus zwei vergrabenen Gebieten vom zweiten Leitungstyp, die beide mit dem zweiten halbleitenden Bereich elektrisch leitend verbunden, jedoch vom ersten halbleitenden Bereich beabstandet sind. Zwischen dem vergrabenen Gebiet und dem sechsten halbleitenden Gebiet sowie zwischen dem sechsten halbleitendem Gebiet und der Oberfläche des Substrates befindet sich jeweils ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, das elektrisch leitend mit dem Substrat verbunden ist.In order to arises in the third lateral area, the area of the drift path between drain and inner drain a structure of two buried Regions of the second conductivity type, both with the second semiconductive region electrically connected, but from the first semiconducting area are spaced. Between the buried area and the sixth semiconducting Territory and between the sixth semiconducting area and the surface of the substrate is in each case an area of the first conductivity type, which is electrically connected to the substrate.
Bei ausgeschaltetem CMOS-Transistor wird das sechste halbleitende Gebiet von der Ober- und der Unterseite aus durch das Substrat verarmt. Damit fällt über dem sechsten halbleitenden Gebiet eine Spannung ab, die so groß ist, dass die am inneren Drain-Anschluss des CMOS-Transistors, das heisst im achten halbleitenden Gebiet, anliegende Feldstärke kleiner als die Durchbruchsfeldstärke der dielektrischen Schicht ist. Das vergrabene Gebiet unterhalb des sechsten halbleitenden Gebietes beeinflusst in der oben beschriebenen Weise die Feldstärkeverteilung innerhalb des sechsten halbleitenden Gebietes. Damit entsteht ein vertikaler Superjunction-Aufbau, bei dem mehrere entgegengesetzt dotierte halbleitende Gebiete untereinander angeordnet sind, wodurch die Dotierung der einzelnen Gebiete erhöht und ihre Dicke verringert werden kann. Damit können gute Durchbruchseigenschaften für den ausgeschalteten CMOS-Transistor und niedrige Widerstandswerte für den eingeschalteten CMOS-Transistor realisiert werden.at turned off CMOS transistor becomes the sixth semiconductive region depleted from the top and bottom by the substrate. This falls above the sixth semiconducting region a voltage that is so great that the at the inner drain terminal of the CMOS transistor, that is in eighth semiconducting area, applied field strength smaller than the breakdown field strength of dielectric layer is. The buried area below the sixth semiconducting area influenced in the above described Way the field strength distribution within the sixth semiconducting area. This creates a vertical superjunction structure, in which several opposite doped semiconducting regions are arranged one below the other, whereby increases the doping of the individual areas and reduces their thickness can be. This can be good Breakthrough properties for the off CMOS transistor and low resistance values for the turned-on CMOS transistor can be realized.
Bei eingeschaltetem CMOS-Transistor fliesst ein Strom vom Drain-Anschluss über das sechste halbleitende Gebiet zum ach ten halbleitenden Gebiet. Die Feldplatte trägt nicht zum Stromfluss bei.at When the CMOS transistor is switched on, a current flows from the drain connection via the CMOS transistor sixth semiconducting area to the eighth semiconducting area. The Field plate bears not at the current flow.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielhafter 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/Bauteilgruppen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Des Weiteren können sämtliche Ausführungsformen invers dotiert sein, das heißt n-Gebiete werden durch p-Gebiete ersetzt und umgekehrt.In the figures are identical or corresponding areas, Components / component groups are identified by the same reference numerals. Furthermore you can all embodiments be inversely doped, that is n-areas become through p-areas replaced and vice versa.
In
den
Typische Dotierungen und Tiefen sind:
- – für das Substrat
1 : Ndot1 = 5·1019 ... 5·1016 cm–3 - – für das Gebiet
11 bzw.2 : d1/d2 = 1 ... 1,8 μm, Ndot11/Ndot2 = 5·1017... 5·1018 cm–3.
- - for the substrate
1 : Ndot1 = 5 × 10 19 ... 5 × 10 16 cm -3 - - for the area
11 respectively.2 : d1 / d2 = 1 ... 1.8 μm, Ndot11 / Ndot2 = 5 × 10 17 ... 5 × 10 18 cm -3 .
Die
Gebiete
Im
Gebiet
Die
dielektrische Schicht
Ein
hochdotiertes n+-Gebiet
Die
Gebiete
Im
lateralen Bereich
Das
Gebiet
Das
Gebiet
Typische Dotierungen und Tiefen sind:
- – für das Gebiet
3 ,4 bzw.5 : d3/d4/d5 = 0,1 ... 0,5 μm, Ndot3/Ndot4/Ndot5 = 5·1019 ... 5·1021 cm–3, - – für das vergrabene
Gebiet
20 : d21 = 1 ... 1,8 μm, Ndot11/Ndot2 < Ndot20 < Ndot3/Ndot4/Ndot5. - – für das Gebiet
6 : d6 = 0,5 ... 1 μm, Ndot11/Ndot2 < Ndot6 < Ndot3/Ndot4/Ndot5.
- - for the area
3 .4 respectively.5 : d3 / d4 / d5 = 0.1 ... 0.5 μm, Ndot3 / Ndot4 / Ndot5 = 5 × 10 19 ... 5 × 10 21 cm -3 , - - for the buried territory
20 : d21 = 1 ... 1.8 μm, Ndot11 / Ndot2 <Ndot20 <Ndot3 / Ndot4 / Ndot5. - - for the area
6 : d6 = 0.5 ... 1 μm, Ndot11 / Ndot2 <Ndot6 <Ndot3 / Ndot4 / Ndot5.
Benachbarte
Halbleiterbauteile bzw. benachbarte CMOS-Transistoren, beispielsweise innerhalb des
Gebietes
In
der in
Die
Isolation in der Wanne
Die
dielektrische Schicht
Zwischen
dem Isolationsgraben
Auch
zwischen dem Gate-Anschluss G und dem Source-Anschluss S sowie auf
den Bereichen der Oberfläche
Desweiteren
kann das Gebiet
Spiegelsymmetrisch
können
weitere Bauteile in den Gebieten
Im folgenden soll die Funktionsweise des Halbleiterbauteils und die Bedeutung der halbleitenden Gebiete näher erläutert werden.The following is the operation of the Semiconductor device and the importance of the semiconducting regions are explained in more detail.
Das
erfindungsgemäße Halbleiterbauteil kann
als eine Zusammenschaltung eines CMOS-Transistors
Der
JFET wird gebildet vom Gebiet
Bei
ausgeschaltetem MOS-Transistor
Der
im Gebiet
Das
vergrabene Gebiet
Bei
eingeschaltetem MOS-Transistor
Sowohl
in eingeschaltetem als auch in ausgeschaltetem Zustand des MOS-Transistors
Das
vergrabene Gebiet
Im
Unterschied zur ersten Ausführungsform befindet
sich das hochdotierte n+-Gebiet
Zwischen
der Oberfläche
Der
innere Drain-Anschluss des Halbleiterbauteils ist in der in
Die
Tiefe d60 sowie die lateralen Abmessungen des Gebietes
Typische Dotierungen und Tiefen sind:
- – für das Gebiet
8 : d8 = 0,1 ... 0,5 μm, Ndot8 = 5·1019 ... 5.1021 cm–3, - – für das vergrabene
Gebiet
6 : d60 = 0,5 ... 1,2 μm, Ndot11/Ndot2 < Ndot6 < Ndot8/Ndot5.
- - for the area
8th : d8 = 0.1 ... 0.5 μm, Ndot8 = 5 × 10 19 ... 5 . 10 21 cm -3 , - - for the buried territory
6 : d60 = 0.5 ... 1.2 μm, Ndot11 / Ndot2 <Ndot6 <Ndot8 / Ndot5.
Die
Oberfläche
Unterhalb
des Gebietes
Zum
Vermeiden von Durchbrüchen
des Bauelementes an der Oberfläche
Im
folgenden soll die Wirkungsweise der einzelnen Gebiete in der zweiten
Ausführungsform,
wie in
Bei
eingeschaltetem Transistor
Desweiteren
ist es, wie in
Die
Anordnung weiterer Gebiete
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils kann mit bekannten Prozessen, wie beispielsweise Implantation, Schichtabscheidung, Lithographie und Ätzen, erfolgen. Insbesondere ist eine Integration der Herstellung des Halbleiterbauteils in bekannte CMOS-Basistechnologien möglich.The Production of the semiconductor device according to the invention can with known processes, such as implantation, layer deposition, Lithography and etching, respectively. In particular, an integration of the production of the Semiconductor device in known CMOS basic technologies possible.
- Halbleiter-BauteilSemiconductor component
- 11
- Substrat (1. Leitungstyp)substratum (1st conductivity type)
- 1010
- Oberfläche des SubstratesSurface of the substrate
- 1111
- erstes halbleitendes Gebiet (1. Leitungstyp)first Semiconducting region (1st conductivity type)
- 1212
- Bereich des ersten halbleitenden GebietesArea of the first semiconducting area
- 1313
- MOS-TransistorMOS transistor
- 1414
- Bereich des SubstratesArea of the substrate
- 14'14 '
- vergrabenes halbleitendes Gebiet vom 1. Leitungstypburied Semiconducting region of the 1st conductivity type
- 1515
- dielektrische Schichtdielectric layer
- 111111
- erster lateraler Bereichfirst lateral area
- 112112
- zweiter lateraler Bereichsecond lateral area
- 113113
- dritter lateraler Bereichthird lateral area
- 22
- zweites halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)second Semiconducting region (2nd conductivity type)
- 2020
- vergrabenes halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)buried Semiconducting region (2nd conductivity type)
- 20'20 '
- weiteres vergrabenes halbleitendes Gebiet vom 2. Leiadditional buried semiconducting area of the 2nd Lei
- tungstypprocessing type
- 2121
- Oberkante des vergrabenen halbleitenden Gebietestop edge of the buried semiconducting area
- 33
- drittes halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)third Semiconducting region (2nd conductivity type)
- 44
- viertes halbleitendes Gebiet (1. Leitungstyp)fourth Semiconducting region (1st conductivity type)
- 55
- fünftes halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)fifth semiconducting Area (2nd line type)
- 66
- sechstes halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)sixth Semiconducting region (2nd conductivity type)
- 6060
- Oberkante des sechsten halbleitenden Gebietestop edge of the sixth semiconducting area
- 77
- siebtes halbleitendes Gebiet (1. Leitungstyp)seventh Semiconducting region (1st conductivity type)
- 88th
- achtes halbleitendes Gebiet (2. Leitungstyp)eighth Semiconducting region (2nd conductivity type)
- 99
- dielektrische Schicht (Gatedielektrikum)dielectric Layer (gate dielectric)
- 9191
- Shallow Trench IsolationShallow Trench isolation
- 9292
- IsolationssgrabenIsolationssgraben
- DD
- Drain-AnschlussDrain
- GG
- Gate-AnschlussGate terminal
- SS
- Source-AnschlussSource terminal
- LL
- Länge des überlappenden Teils des Gate-AnschlussesLength of the overlapping part of the gate terminal
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006036295A DE102006036295A1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | High voltage transistor integrated into CMOS logic structures for e.g. smart power technology, combines junction- and complementary metal oxide transistor structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006036295A DE102006036295A1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | High voltage transistor integrated into CMOS logic structures for e.g. smart power technology, combines junction- and complementary metal oxide transistor structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006036295A1 true DE102006036295A1 (en) | 2008-02-14 |
Family
ID=38921872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006036295A Withdrawn DE102006036295A1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | High voltage transistor integrated into CMOS logic structures for e.g. smart power technology, combines junction- and complementary metal oxide transistor structures |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102006036295A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7838940B2 (en) | 2007-12-04 | 2010-11-23 | Infineon Technologies Ag | Drain-extended field effect transistor |
-
2006
- 2006-08-03 DE DE102006036295A patent/DE102006036295A1/en not_active Withdrawn
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---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |