DE19640561A1 - Darin beabstandete epitaktische Sperrschichtfeldeffekttransistorbereiche ausweisende Isolierschichthalbleitervorrichtngen und ihre Herstellungsverfahren - Google Patents
Darin beabstandete epitaktische Sperrschichtfeldeffekttransistorbereiche ausweisende Isolierschichthalbleitervorrichtngen und ihre HerstellungsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitervorrich
tungen und insbesondere Isolierschichthalbleitervorrichtun
gen und ihre Herstellungsverfahren.
Ein kritischer Parameter bei dem Entwurf von Isolier
schichthalbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel Isolier
schichtfeldeffekttransistoren (zum Beispiel MOSFETs) und
Isolierschichtbipolartransistoren (IGBTs) ist der Durchlaß
widerstand, da er die maximale Strombelastbarkeit der Vor
richtung bestimmt. Bezüglich Leistungs-MOSFETs ist der
Durchlaßwiderstand der Gesamtwiderstand zwischen den
Source- und Drainanschlüssen während einer Vorwärtsleitung.
Dieser Gesamtwiderstand kann durch ein Summieren der Wider
standsbeiträge des Sourcebereichs, Kanalbereichs, Anreiche
rungsbereichs (welcher für eine Stromausbreitung verant
wortlich ist), JFET-Bereichs, Driftbereichs und
Drain/Substratbereichs des MOSFET bestimmt werden. Eine Be
stimmung des Gesamtwiderstands für Leistungs-MOSFETs eines
DMOS-Typs ist vollständiger im Kapitel 7.4.4 eines Sach
buchs von B.J. Baliga mit der Überschrift "Power Semicon
ductor Devices", PWS Publishing Co. (ISBN 0-534-94098-6)
(1995), beschrieben und dargestellt.
Jedoch kann, während es vorteilhaft sein kann, den Wi
derstand von jedem dieser Bereiche zu verringern, um den
Durchlaßwiderstand zu minimieren, der Widerstand des Drift
bereichs im allgemeinen nicht ohne eine bemerkenswerte Ver
ringerung der Durchbruchsspannung der Vorrichtung minimiert
werden. Somit sind Versuche, den Durchlaßwiderstand zu ver
ringern, typischerweise auf ein Verringern des Widerstands
des JFET- und Anreicherungsbereichs durch ein Dotieren bei
der dieser Bereiche mit verhältnismäßig hohen Werten ge
richtet worden. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr.
4,680,853 von Lidow et al. einen Leistungs-MOSFET, der ei
nen hoch dotierten JFET- und Anreicherungsbereich 130 auf
weist, welcher durch ein Durchführen einer Flächenimplanta
tion von Phosphorionen mit einer Dosis in dem Bereich von
1 × 10¹¹ bis 1 × 10¹⁴ Atomen/cm² ausgebildet ist. Unglück
licherweise kann eine solche Flächenimplantation die Durch
bruchsspannung der Vorrichtungen verringern, was die Cha
rakteristiken des Kanalbereichs nachteilig beeinträchtigt
und ein Steuern über ein Erzielen voraus gewählter Schwell
wertspannungen verringert. Ein zu dem in Fig. 22 des vor
hergehenden US-Patents Nr. 4,680,853 offenbarten ähnlicher
Leistungs-MOSFET ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser Lei
stungs-MOSFET beinhaltet einen Drainbereich 10, einen
Driftbereich 20, einen Anreicherungsbereich 100 und einen
JFET-Bereich 200 (gemeinsam als Bereich 22 gezeigt), einen
Basisbereich 50, einen Sourcebereich 52, einen Sourcekon
takt 72, einen Drainkontakt 74 und eine isolierte Gateelek
trode (Bereiche 60 bis 80). Ebenso zeigt Fig. 3A ein
Substrat im Stand der Technik, welches verwendet werden
kann, um die Vorrichtung in Fig. 2 auszubilden.
Somit besteht weiterhin ungeachtet der zuvor beschrie
benen Versuche, eine Leistungsfähigkeit von Isolierschicht
halbleitervorrichtungen, wie zum Beispiel
Leistungs-MOSFETs, zu verbessern, ein Bedarf nach Vorrichtungen, wel
che sowohl einen niedrigen Durchlaßwiderstand als auch hohe
Durchbruchsspannungen aufweisen und ohne einen Verlust ei
nes Steuerns über die Vorrichtungsschwellwertspannung aus
gebildet werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß
darin, verbesserte Isolierschichthalbleitervorrichtungen
für Hochleistungsanwendungen und Isolierschichthalbleiter
vorrichtungen, die hohe Durchbruchsspannungen und einen
niedrigen Durchlaßwiderstand aufweisen, als auch Verfahren
zu ihrer Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Iso
lierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und eines
Verfahrens zur Herstellung einer Isolierschichthalbleiter
vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorhergehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung
wird durch eine Isolierschichthalbleitervorrichtung, wie
zum Beispiel einen Leistungs-Metalloxidhalbleiterfeld
effekttransistor bzw. MOSFET oder einen Isolierschichtbipo
lartransistor bzw. IGBT gelöst, welcher einen verhältnismä
ßig hoch dotierten epitaktischen JFET- bzw. Sperrschicht
feldeffekttransistorbereich enthält. Der epitaktische
JFET-Bereich bildet einen PN-Übergang mit dem Basisbereich der
Vorrichtung aus, ist aber durch einen geringfügiger dotier
ten epitaktischen Anreicherungsbereich von der isolierten
Gateelektrode beabstandet. Die Verwendung eines beabstande
ten JFET-Bereichs sieht eine Anzahl von wichtigen Lei
stungsvorteilen gegenüber Leistungs-MOSFETs oder IGBTs im
Stand der Technik vor. Insbesondere sind die Vorrichtungen
gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Beabstanden des
hoch dotierten JFET-Bereichs von der oberen Fläche in der
Lage, hohen Durchbruchsspannungen ohne eine bemerkenswerte
Erhöhung des Durchlaßwiderstands standzuhalten. Zum Bei
spiel kann unter Verwendung eines geringfügiger dotierten
Anreicherungsbereichs unter der Gateelektrode anstelle ei
nes höher dotierten JFET-Bereichs die Durchbruchsspannung
der Vorrichtung erhöht werden und eine Konzentration eines
elektrischen Feldes an dem Basisübergang an der oberen Flä
che kann verringert werden. Außerdem verringern die Vor
richtungen gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu
jenen JFET-Bereichen im Stand der Technik, welche durch ein
Durchführen einer Implantation einer hohen Dosis und/oder
einer Diffusion einer hohen Dosis von Dotierstoffen eines
ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind, die nachteili
gen Einflüsse auf eine Schwellwertspannung, die durch diese
Implantation von Ionen einer hohen Dosis in der Nähe des
Umfangs der Basisbereiche verursacht werden.
Die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind
ebenso vorzugsweise unter Verwendung epitaktischer Wachs
tumsverfahren ausgebildet, um den beabstandeten JFET-Be
reich des ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Driftbereich
eines ersten Leitfähigkeitstyps auszubilden, und dann wird
ein geringfügiger dotierter epitaktischer Anreicherungsbe
reich des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem epitaktischen
JFET-Bereich ausgebildet. Nachdem der beabstandete JFET-Be
reich ausgebildet worden ist, wird der Basisbereich eines
zweiten Leitfähigkeitstyps in den epitaktischen Anreiche
rungs- und JFET-Bereichen ausgebildet und wird dann eine
isolierte Gateelektrode auf dem epitaktischen Anreiche
rungsbereich ausgebildet. Um die Wahrscheinlichkeit einer
Parasitärthyristordurchschaltung in dem Fall zu verhindern,
daß die Vorrichtung ein Isolierschichtbipolartransistor
ist, ist der Basisbereich so ausgebildet, daß er einen hö
her dotierten tiefen Basisbereich aufweist, welcher sich
seitlich unterhalb nachfolgend ausgebildeter Sourcebereiche
ausdehnt. Dies verringert den seitlichen Widerstand des Ba
sisbereichs und verringert dadurch die Wahrscheinlichkeit
eines Einschaltens des PN-Übergangs, der zwischen den
Sourcebereichen und dem Basisbereich ausgebildet ist. Gemäß
alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfin
dung kann ein Ausbilden des höher dotierten tiefen Basisbe
reichs vor dem Ausbilden des epitaktischen Anreicherungsbe
reichs oder danach begonnen werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Isolierschicht
feldeffekttransistors gemäß einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Isolierschicht
feldeffekttransistors im Stand der Technik;
Fig. 3A eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
substrats im Stand der Technik;
Fig. 3B eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
substrats gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Isolierschichtbi
polartransistors gemäß einem zweiten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung.
Es folgt die Beschreibung von bevorzugten Ausführungs
beispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung.
In der Zeichnung sind die Dicken von Schichten und Be
reichen zur Klarheit übertrieben. Weiterhin beziehen sich
die Ausdrücke "erster Leitfähigkeitstyp" und "zweiter Leit
fähigkeitstyp" auf entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen,
wie zum Beispiel einen N- oder P-Typ, jedoch beinhaltet je
des hierin beschriebene und dargestellte Ausführungsbei
spiel ebenso sein komplementäres Ausführungsbeispiel.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
Fig. 1, 3 und 4 beschrieben. Insbesondere zeigen die
Fig. 1 und 4 Querschnittsansichten eines Isolierschicht
feldeffekttransistors bzw. eines Isolierschichtbipolartran
sistors gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3B zeigt
eine Querschnittsansicht eines zusammengesetzten Halblei
tersubstrats, das einen Substratbereich 10 eines ersten
Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel N-Typ) und drei Bereiche
oder Schichten 20, 30 und 40 des ersten Leitfähigkeitstyps
enthält, die auf dem Substratbereich 10 ausgebildet sind.
Wie es vollständiger nachstehend unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 und 4 beschrieben wird, können die drei Bereiche
einen epitaktischen Driftbereich 20, einen epitaktischen
JFET-Bereich 30 und einen epitaktischen Anreicherungsbe
reich 40 aufweisen. Diese Bereiche können während eines
epitaktischen Wachstums derart in-situ bzw. an Ort und
Stelle zu unterschiedlichen Werten dotiert werden, daß der
epitaktische Driftbereich 20 darin eine niedrigere Dotier
stoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der
Substratbereich 10 aufweist, der epitaktische JFET-Bereich
30 darin eine höhere Dotierstoffkonzentration des ersten
Leitfähigkeitstyps als der Driftbereich 20 aufweist und der
epitaktische Anreicherungsbereich 40 darin eine niedrigere
Dotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als
der epitaktische JFET-Bereich 30 aufweist.
Alternativ kann der Driftbereich 20 einen Bereich oder
ein Substrat des ersten Leitfähigkeitstyps bilden, das
obere und untere Flächen aufweist, wobei der epitaktische
JFET-Bereich 30 und der epitaktische Anreicherungsbereich
40 auf der oberen Fläche ausgebildet sind und der unterste
Substratbereich 10 epitaktisch auf der unteren Fläche aus
gebildet ist. Der unterste Substratbereich 10 kann ebenso
durch ein Durchführen einer Flächenionenimplantation von
Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in die untere
Fläche des Driftbereichs 20, worauf eine Diffusion der im
plantierten Dotierstoffe folgt, ausgebildet werden. Zum
Zwecke der Klarheit wird das zusammengesetzte Halbleiter
substrat, das die Bereiche 10 bis 40 enthält, als
"Substrat" bezeichnet und wird der Substratbereich 10 ab
hängig davon, ob der Isolierschichtfeldeffekttransistor in
Fig. 1 oder der Isolierschichtbipolartransistor in Fig. 4
beschrieben wird, als Drain- oder Pufferbereich 10 bezeich
net.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus
führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun insbesondere auf Fig. 1 verwiesen, in der
ein Isolierschichtfeldeffekttransistor gezeigt ist, der ei
nen verhältnismäßig hoch dotierten Drainbereich 10 des er
sten Leitfähigkeitstyps, einen verhältnismäßig geringfügig
dotierten Driftbereich 20 (welcher auf dem Drainbereich 10
epitaktisch ausgebildet sein kann), einen verhältnismäßig
hoch dotierten und stark leitfähigen JFET-Bereich 30 auf
dem Driftbereich 20 und einen mittelmäßig dotierten Anrei
cherungsbereich 40 auf dem JFET-Bereich 30 aufweist. Der
JFET-Bereich 30 und der Anreicherungsbereich 40 sind vor
zugsweise auf einer oberen Fläche des Driftbereichs 20 un
ter Verwendung eines epitaktischen Wachstums und Verfahren
eines Dotierens in-situ ausgebildet.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird, wenn ein epitaktisches Wachstum des
JFET-Bereichs 30 einmal beendet ist, eine obere Fläche des
JFET-Bereichs 30 mit einer Maske (nicht gezeigt) derart gemu
stert, daß ein Ausbilden einer Mehrzahl von tiefen Basisbe
reichen 50a (als P⁺-Typ gezeigt) begonnen werden kann. Das
Ausbilden der tiefen Basisbereiche 50a kann durch ein
Durchführen einer flachen Implantation von Dotierstoffen
des zweiten Leitfähigkeitstyps und dann, wenn es notwendig
ist, ein teilweises Diffundieren der implantierten Dotier
stoffe zu dem Übergang zwischen dem JFET-Bereich 30 und dem
Driftbereich 20 hin, begonnen werden. Dem Ausbilden der
tiefen Basisbereiche 50a folgend wird ein epitaktisches
Wachstum und ein Dotieren in-situ des Anreicherungsbereichs
40 derart durchgeführt, daß der Ahreicherungsbereich 40
darin eine bezüglich des epitaktischen JFET-Bereichs 30
niedrigere Dotierstoffkonzentration des ersten Leitfähig
keitstyps aufweist. Während diesem Schritt tritt typischer
weise eine zusätzliche Diffusion der Dotierstoffe der tie
fen Basis auf. Einem Wachstum des epitaktischen Anreiche
rungsbereichs 40 folgt dann das Ausbilden einer Mehrzahl
von flachen Basisbereichen 50b des zweiten Leitfähig
keitstyps in dem epitaktischen Anreicherungsbereich 40. Die
flachen Basisbereiche können durch ein Mustern einer Maske
auf einer oberen Fläche des epitaktischen Anreicherungsbe
reichs 40 und dann ein Durchführen einer flachen Implanta
tion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in
die obere Fläche und dann ein Diffundieren der implantier
ten Dotierstoffe zu dem Übergang zwischen dem Anreiche
rungsbereich 40 und dem JFET-Bereich 30 hin ausgebildet
werden. Während diesem Schritt tritt typischerweise eine
zusätzliche Diffusion der Dotierstoffe der tiefen Basis
auf.
Alternativ können entsprechende Paare von tiefen Basis
bereichen 50a und flachen Basisbereichen 50b, welche zusam
men jeweilige Basisbereiche 50 ausbilden, nach einem Aus
bilden des epitaktischen Ahreicherungsbereichs 40 unter
Verwendung herkömmlicher Verfahren ausgebildet werden. Zum
Beispiel kann, nachdem das Substrat in Fig. 3B ausgebildet
worden ist, die obere Fläche des epitaktischen Anreiche
rungsbereichs 40 mit einer ersten Maske gemustert werden
und kann dann eine hohe Konzentration von Dotierstoffen des
zweiten Leitfähigkeitstyps in die obere Fläche implantiert
werden und dann teilweise diffundiert werden, um ein Aus
bilden der hoch dotierten mittigen tiefen Basisbereiche 50a
zu beginnen. Die obere Fläche des epitaktischen Anreiche
rungsbereichs 40 kann dann mit einer zweiten Maske gemu
stert werden und dann kann eine geringfügigere Konzentra
tion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in
die obere Fläche implantiert werden, um ein Ausbilden der
breiteren flachen Basisbereiche 50b zu beginnen. Die Do
tierstoffe des flachen Basisbereichs und die Dotierstoffe
des tiefen Basisbereichs können dann gleichzeitig derart
diffundiert werden, daß sich die tiefen Basisbereiche 50a
in den epitaktischen JFET-Bereich 30 und sich die flachen
Basisbereiche 50b in den epitaktischen Ahreicherungsbereich
40 ausdehnen, wie es dargestellt ist. Unter Verwendung die
ses letzten bevorzugteren Doppeldiffusionsverfahrens ent
halten die flachen Basisbereiche 50b mehr höher dotierte
mittige Basisbereiche, wie es durch die gestrichelten Li
nien gezeigt ist. Wie es für den Fachmann ersichtlich ist,
dehnen sich diese höher dotierten mittigen Basisbereiche zu
der oberen Fläche aus und bewirken eine Verringerung des
seitlichen Widerstands der Basisbereiche 50. Dies unter
drückt eine Parasitärtransistoreinschaltung und eine Para
sitärthyristordurchschaltung, wie es nachstehend vollstän
diger beschrieben ist.
Nachdem das Substrat und die Basisbereiche 50 ausgebil
det worden sind, wird mindestens ein Sourcebereich 52 durch
Mustern der oberen Fläche des epitaktischen Anreicherungs
bereichs 40 und dann ein Implantieren und Diffundieren von
Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps des Sourcebe
reichs in jedem Basisbereich 50 ausgebildet. Die Sourcebe
reiche können eine ringförmige (zum Beispiel einen Ring,
ein Quadrat oder ein Sechseck), eine streifenförmige oder
andere Form aufweisen, die sich in einer dritten Dimension
(nicht gezeigt) ausdehnt. Außerdem können, obgleich die Ba
sisbereiche 50 als getrennte Bereiche gezeigt sind, wenn
man sie von dem seitlichen Querschnitt betrachtet, die Ba
sisbereiche 50 einen einzigen Basisbereich an der oberen
Fläche des epitaktischen Anreicherungsbereichs aufweisen,
wobei sich Sockel des ersten Leitfähigkeitstyps dadurch
ausdehnen (als Anreicherungsbereich 100 gezeigt).
Ebenso können dann herkömmliche Verfahren verwendet
werden, um eine isolierte Gateelektrode, die ein Gateoxid
60, eine Gateelektrode 70 und einen umgebenden Gateisola
tionsbereich 80 (zum Beispiel SiO₂) aufweist, auf der obe
ren Fläche des epitaktischen Anreicherungsbereichs 40 aus
zubilden. Die isolierte Gateelektrode dehnt sich an der
oberen Fläche vorzugsweise gegenüber den Sourcebereichen
52, den flachen Basisbereichen 50b und dem Anreicherungsbe
reich 100 derart aus, daß nach einem Anlegen einer zweckmä
ßigen Gatevorspannung Inversionsschichtkanäle des ersten
Leitfähigkeitstyps in den flachen Basisbereichen 50b ausge
bildet werden können. Wie es für Fachleute verständlich
ist, verbinden diese Inversionsschichtkanäle des ersten
Leitfähigkeitstyps die Sourcebereiche 52 mit dem Anreiche
rungsbereich 100 und sehen für den Feldeffekttransistor in
Fig. 1 den Durchlaß- bzw. Vorwärtseinschaltestrom oder für
den Isolierschichtbipolartransistor in Fig. 4 den Basisan
steuerstrom vor. Die Verwendung des Ausdrucks
"Anreicherung", um den Bereich 100 zu beschreiben, ist
zweckmäßig, da sich nach einem Anlegen der zweckmäßigen
Gatevorspannung (zum Beispiel positiv) Ladungsträger des
ersten Leitfähigkeitstyps in dem Bereich des ersten Leitfä
higkeitstyps, der sich zwischen angrenzenden Basisbereichen
50 befindet, an der oberen Fläche des Substrats
"anreichern". Der Isolierschichtfeldeffekttransistor in
Fig. 1 wird dann durch ein Ausbilden einer Sourceelektrode
72 auf der oberen Fläche, die sich mit den Sourcebereichen
52 und den Basisbereichen 50 in ohmschen Kontakt befindet,
wie es dargestellt ist, und ein Ausbilden einer Drainelek
trode 74 auf der hinteren Fläche des Substrats, die sich in
ohmschen Kontakt mit dem Drainbereich 10 befindet, vervoll
ständigt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfin
dung ist der verhältnismäßig hoch dotierte epitaktische
JFET-Bereich 30 von der oberen Fläche des Substrats durch
einen geringfügiger dotierten epitaktischen Anreicherungs
bereich 40 beabstandet. Die Verwendung eines beabstandeten
JFET-Bereichs 30 (als Bereich 200 gezeigt, der sich zwi
schen angrenzenden Basisbereichen 50 ausdehnt) sieht eine
Anzahl von wichtigen Vorteilen gegenüber dem Gegenstand des
US-Patents Nr. 4,680,853 von Lidow et al. vor, welches ei
nen Leistungs-MOSFET offenbart, der einen JFET-Bereich auf
weist, der an die obere Fläche angrenzt. Insbesondere ist
die vorliegende Erfindung durch ein Beseitigen des Ausbil
dens eines hoch dotierten JFET-Bereichs in der Nähe der
oberen Fläche in der Lage, höheren Durchbruchsspannungen
standzuhalten, da der geringfügiger dotierte Anreicherungs
bereich eine Erhöhung der Durchbruchsspannung und eine Ver
ringerung einer Konzentration eines elektrischen Feldes an
der oberen Fläche bewirkt. Weiterhin ist die vorliegende
Erfindung bezüglich jenen JFET-Bereichen im Stand der Tech
nik, welche durch ein Durchführen einer Implantation einer
hohen Dosis und/oder einer Diffusion von Dotierstoffen des
ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind, in der Lage,
nachteilige Einflüsse auf die Schwellwertspannung zu ver
ringern, die durch diese Implantation von Ionen einer hohen
Dosis in der Nähe des Umfangs der flachen Basisbereiche 50b
verursacht werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus
führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein Isolierschichtbi
polartransistor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung in Fig.
4 ist zu der Vorrichtung in Fig. 1 ähnlich, jedoch ist ein
Bereich 5 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Nähe der
unteren Fläche des Substrats vorgesehen. Dieser Bereich 5
wird manchmal als ein Anodenbereich bezeichnet, wird aber
korrekter als ein Emitterbereich bezeichnet, da dieser Be
reich 5 den Emitter des vertikalen Bipolartransistors bil
det, der eine schwebende Basis in dein Pufferbereich 10 und
dem Driftbereich 20 und einen Kollektor in dem Basisbereich
50 aufweist. Der Kontakt 74 bildet ebenso einen
Anoden- oder Emitterkontakt. Wie es für Fachleute verständlich ist
verringert die Verwendung eines höher dotierten tiefen Ba
sisbereichs 50a, welcher sich seitlich unter den Sourcebe
reichen 52 ausdehnt, wie es durch gestrichelte Linien ge
zeigt ist, den seitlichen Widerstand des Basisbereichs 50.
Demgemäß wird die Wahrscheinlichkeit einer Parasitärdurch
schaltung des PNPN-Transistors, der durch Bereiche 50, 10
bis 40, 50 und 52 ausgebildet ist, durch ein Verringern der
Wahrscheinlichkeit verringert, daß der PN-Übergang, der
zwischen dem Basisbereich 50 und dem Sourcebereich 52 aus
gebildet ist, während einer Vorwärtsleitung vorgespannt
wird, wenn der Basisbereich 50 als ein Kollektor dient.
Eine in der vorhergehenden Beschreibung offenbarte Iso
lierschichthalbleitervorrichtung beinhaltet einen verhält
nismäßig hoch dotierten epitaktischen JFET-Bereich. Dieser
epitaktische JFET-Bereich bildet mit dem Basisbereich der
Vorrichtung einen PN-Übergang, ist aber von einer isolier
ten Gateelektrode durch einen geringfügiger dotierten epi
taktischen Anreicherungsbereich beabstandet. Die Verwendung
eines beabstandeten JFET-Bereichs sieht eine Anzahl von
wichtigen Leistungsvorteilen gegenüber MOSFETs oder IGBTs
im Stand der Technik vor. Durch Beabstanden des höher do
tierten JFET-Bereichs von der oberen Fläche sind die Vor
richtungen der vorliegenden Erfindung unter anderem in der
Lage, hohen Durchbruchsspannungen ohne eine bemerkenswerte
Erhöhung des Durchlaßwiderstands standzuhalten. Zum Bei
spiel wird unter Verwendung eines geringfügiger dotierten
Ahreicherungsbereichs unter der Gateelektrode anstelle ei
nes höher dotierten JFET-Bereichs die Durchbruchsspannung
der Vorrichtung erhöht und eine Konzentration eines elek
trischen Feldes an dem Basisübergang an der oberen Fläche
wird verringert. Im Gegensatz zu jenen JFET-Bereichen im
Stand der Technik, welche durch ein Durchführen einer Im
plantation einer hohen Dosis und/oder einer Diffusion einer
hohen Dosis von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps
ausgebildet sind, verringern die Vorrichtungen gemäß der
vorliegenden Erfindung die nachteiligen Einflüsse auf die
Schwellwertspannung, die durch die Ionenimplantation einer
hohen Dosis in der Nähe des Umfangs der Basisbereiche ver
ursacht werden.
Claims (17)
1. Isolierschichthalbleitervorrichtung, die aufweist:
ein erste und zweite gegenüberliegende Flächen aufwei sendes Halbleitersubstrat;
einen sich an der zweiten Fläche befindenden Drain/Pufferbereich (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleitersubstrat;
einen sich auf dem Drain/Pufferbereich (10) befindenden der zweiten Fläche gegenüberliegenden Driftbereich (20) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der Driftbereich (20) mit dem Drain/Pufferbereich (10) einen nichtgleich richtenden Übergang ausbildet;
einen sich auf dem Driftbereich (20) befindenden und da mit einen nichtgleichrichtenden Übergang ausbildenden epitaktischen JFET-Bereich (30) des ersten Leitfähig keitstyps, wobei der epitaktische JFET-Bereich (30) darin eine höhere Nettodotierstoffkonzentration des er sten Leitfähigkeitstyps als der Drain/Pufferbereich (10) aufweist;
einen sich auf dem epitaktischen JFET-Bereich (30) be findenden und damit einen nichtgleichrichtenden Über gang ausbildenden epitaktischen Anreicherungsbereich (40) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sich der epi taktische Anreicherungsbereich (40) zu der ersten Fläche ausdehnt und darin eine niedrigere Nettodotierstoffkon zentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der epi taktische JFET-Bereich (30) aufweist;
einen sich in dem epitaktischen Anreicherungsbereich (40) befindenden und damit einen PN-Übergang ausbilden den flachen Basisbereich (50b), wobei sich der flache Basisbereich (50b) zu der ersten Fläche ausdehnt;
mindestens einen sich in dem flachen Basisbereich (50b) befindenden und damit einen PN-Übergang ausbildenden Sourcebereich (52) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sich der Sourcebereich (52) zu der ersten Fläche aus dehnt;
eine sich auf der ersten Fläche befindende erste Elek trode, die elektrisch mit dem flachen Basisbereich (50b) und dem Sourcebereich (52) verbunden ist; und
eine sich auf der ersten Fläche befindende isolierte Gateelektrode (60,70,80), die den Source-, flachen Basis- und epitaktischen Anreicherungsbereichen (52, 50b, 40) ge genüberliegt.
ein erste und zweite gegenüberliegende Flächen aufwei sendes Halbleitersubstrat;
einen sich an der zweiten Fläche befindenden Drain/Pufferbereich (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleitersubstrat;
einen sich auf dem Drain/Pufferbereich (10) befindenden der zweiten Fläche gegenüberliegenden Driftbereich (20) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der Driftbereich (20) mit dem Drain/Pufferbereich (10) einen nichtgleich richtenden Übergang ausbildet;
einen sich auf dem Driftbereich (20) befindenden und da mit einen nichtgleichrichtenden Übergang ausbildenden epitaktischen JFET-Bereich (30) des ersten Leitfähig keitstyps, wobei der epitaktische JFET-Bereich (30) darin eine höhere Nettodotierstoffkonzentration des er sten Leitfähigkeitstyps als der Drain/Pufferbereich (10) aufweist;
einen sich auf dem epitaktischen JFET-Bereich (30) be findenden und damit einen nichtgleichrichtenden Über gang ausbildenden epitaktischen Anreicherungsbereich (40) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sich der epi taktische Anreicherungsbereich (40) zu der ersten Fläche ausdehnt und darin eine niedrigere Nettodotierstoffkon zentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der epi taktische JFET-Bereich (30) aufweist;
einen sich in dem epitaktischen Anreicherungsbereich (40) befindenden und damit einen PN-Übergang ausbilden den flachen Basisbereich (50b), wobei sich der flache Basisbereich (50b) zu der ersten Fläche ausdehnt;
mindestens einen sich in dem flachen Basisbereich (50b) befindenden und damit einen PN-Übergang ausbildenden Sourcebereich (52) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei sich der Sourcebereich (52) zu der ersten Fläche aus dehnt;
eine sich auf der ersten Fläche befindende erste Elek trode, die elektrisch mit dem flachen Basisbereich (50b) und dem Sourcebereich (52) verbunden ist; und
eine sich auf der ersten Fläche befindende isolierte Gateelektrode (60,70,80), die den Source-, flachen Basis- und epitaktischen Anreicherungsbereichen (52, 50b, 40) ge genüberliegt.
2. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen sich in
dem flachen Basisbereich (50b) und dem epitaktischen
JFET-Bereich (30) befindenden und damit einen nicht
gleichrichtenden bzw. gleichrichtenden Übergang ausbil
denden tiefen Basisbereich (50a) des zweiten Leitfähig
keitstyps aufweist.
3. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen sich in
dem epitaktischen JFET-Bereich (30) befindenden und da
mit einen gleichrichtenden Übergang ausbildenden tiefen
Basisbereich (50a) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf
weist.
4. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der tiefe Basisbereich (50a)
des zweiten Leitfähigkeitstyps höher dotiert als der
flache Basisbereich (50b) ist und mit dem Sourcebereich
(52) einen gleichrichtenden Übergang ausbildet.
5. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der tiefe Basisbereich (50a)
mit dem Driftbereich (20) einen gleichrichtenden Über
gang ausbildet.
6. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen sich in
dem Halbleitersubstrat befindenden und mit dem
Drain/Pufferbereich (10) einen gleichrichtenden Übergang
ausbildenden Emitterbereich (5) des zweiten Leitfähig
keitstyps aufweist.
7. Isolierschichthalbleitervorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine sich auf
der zweiten Fläche befindende zweite Elektrode (74) auf
weist, die sich mit dem Emitterbereich (5) in ohmschen
Kontakt befindet.
8. Verfahren zur Herstellung einer Isolierschichthalblei
tervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist:
epitaktisches Ausbilden eines JFET-Bereichs (30) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Driftbereich (20) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der JFET-Bereich (30) darin eine höhere Nettodotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der Driftbereich (20) auf weist;
epitaktisches Ausbilden eines Anreicherungsbereichs (40) des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem epitaktischen JFET-Bereich (30), wobei der Anreicherungsbereich (40) darin eine niedrigere Nettodotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der JFET-Bereich (30) auf weist;
Ausbilden eines Basisbereichs (50) eines zweiten Leitfä higkeitstyps und eines Sourcebereichs (52) des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Anreicherungsbereich (40); und
Ausbilden einer isolierten Gateelektrode (60, 70, 80) auf dem Anreicherungsbereich (40).
epitaktisches Ausbilden eines JFET-Bereichs (30) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Driftbereich (20) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der JFET-Bereich (30) darin eine höhere Nettodotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der Driftbereich (20) auf weist;
epitaktisches Ausbilden eines Anreicherungsbereichs (40) des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem epitaktischen JFET-Bereich (30), wobei der Anreicherungsbereich (40) darin eine niedrigere Nettodotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als der JFET-Bereich (30) auf weist;
Ausbilden eines Basisbereichs (50) eines zweiten Leitfä higkeitstyps und eines Sourcebereichs (52) des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Anreicherungsbereich (40); und
Ausbilden einer isolierten Gateelektrode (60, 70, 80) auf dem Anreicherungsbereich (40).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens der Basis- und Sourcebe
reiche (50, 52) die Schritte eines Ausbildens eines fla
chen Basisbereichs (50b) des zweiten Leitfähigkeitstyps
in dem Anreicherungsbereich (40) und eines Ausbildens
eines Sourcebereichs (52) des ersten Leitfähigkeitstyps
in dem flachen Basisbereich (50b) aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens der isolierten Gateelek
trode (60, 70, 80) ein Ausbilden einer isolierten Gateelek
trode (60, 70, 80) auf den Source-, flachen Basis- und An
reicherungsbereichen (52, 50b, 40) aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
es weiterhin den Schritt eines Ausbildens eines tiefen
Basisbereichs (50a) des zweiten Leitfähigkeitstyps in
dem epitaktischen JFET-Bereich (30) aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schritt eines Ausbildens des epitaktischen Anrei
cherungsbereichs (40) der Schritt eines Ausbildens des
tiefen Basisbereichs (50a) vorhergeht.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schritt eines Ausbildens des flachen Basisbereichs
(50b) der Schritt eines Ausbildens des tiefen Basisbe
reichs (50a) vorhergeht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens des flachen Basisbereichs
(50b) dem Schritt eines epitaktischen Ausbildens des An
reicherungsbereichs (40) folgt.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens des tiefen Basisbereichs
(50a) die Schritte eines Durchführens einer selektiven
Implantation von Dotierstoffen des zweiten Leitfähig
keitstyps in den Anreicherungsbereich (40) und dann ein
Diffundieren der gleichen in den Anreicherungsbereich
(40) vor dem Schritt eines Ausbildens des flachen Basis
bereichs (50b) aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens des flachen Basisbereichs
(50a) ein Durchführen einer selektiven Implantation von
Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in den An
reicherungsbereich (40) und dann ein Diffundieren der
gleichen in den Anreicherungsbereich (40) aufweist, um
den gleichen mit dem tiefen Basisbereich (50a) zu mi
schen.
17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt eines Ausbildens des flachen Basisbereichs
(50b) derart durchgeführt wird, daß der flache Basisbe
reich (50b) mit dem Anreicherungsbereich (40) aber nicht
mit dem JFET-Bereich (30) einen PN-Übergang ausbildet,
und der Schritt eines Ausbildens des tiefen Basisbe
reichs (50a) derart durchgeführt wird, daß der tiefe Ba
sisbereich (50a) mit dem JFET-Bereich (30) einen PN-Über
gang ausbildet.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FAIRCHILD KOREA SEMICONDUCTOR LTD., PUCHON, KYONOG |
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8141 | Disposal/no request for examination |