DE19828669C2

DE19828669C2 - Lateraler IGBT in SOI-Bauweise und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE19828669C2
Application number: DE19828669A
Authority: DE
Inventors: Michael Stoisiek; Dirk Vietzke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-06-27
Also published as: JP2000031497A; US6191456B1; DE19828669A1

Description

Die Erfindung betrifft einen lateralen IGBT in SOI-Bauweise mit einer Ober- und einer Unterseite, wobei an die Oberseite eine Drainzone eines ersten Leitfähigkeitstyps reicht. In die Drainzone ist eine an die Oberseite reichende Anodenzone ei nes zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen. Weiterhin ist in die Drainzone eine an die Oberseite reichende Basiszone des zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen, in welcher eine, an die Oberseite reichende Sourcezone des ersten Leitfähig keitstyps eingelassen ist. Die Unterseite des lateralen IGBT (LIGBT) bildet ein Substrat des zweiten Leitfähigkeitstyps. Zwischen der Drainzone und dem Substrat ist eine laterale Isolationsschicht vorgesehen. In der Drainzone ist in der Nä he der Isolationsschicht zumindest ein lateral ausgebildeter Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen.

Schaltungsanordnungen mit Leistungshalbleiterschaltern werden im automobilen Bereich, im Telekommunikationsbereich, im Con sumerbereich sowie zur Laststeuerung und vielen weiteren An wendungen eingesetzt. Der LIGBT ist einer der meist verwende ten Bauteile in derartigen Schaltungsanordnungen. Mit LIGBTs kann aufgrund der langen Driftzone eine hohe Blockierspannung erzielt werden, wobei jedoch die Stromtragfähigkeit im Ver gleich zu einem vertikalen IGBT unbefriedigend ist.

Um eine geforderte Sperrspannung bei einer vorgegebenen Dicke der Drainzone gewährleisten zu können, wird eine geeignete Dotierung der Drainzone vorgenommen. Dabei wird die Bloc kierspannung nicht nur von der Drainzone aufgenommen, sondern auch zu einem bedeutenden Anteil durch die darunter liegende Isolationsschicht. Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines LIGBT nach dem Stand der Technik. Eine derartige Anordnung ist bei spielsweise in Proceedings of 1995 International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, Yokohama, Pages 325-329 beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen lateralen IGBT in SOI-Bauweise mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei an die Oberseite eine Drainzone 1, die schwach n-dotiert ist, reicht. In die Drain zone 1 ist eine an die Oberseite reichende Drainextension 13 eingelassen, die stark n-dotiert ist. Eine p-dotierte Anoden zone 2 liegt in der Drainextension 13 und reicht ebenfalls an die Oberseite. Weiterhin ist in die Drainzone 1 eine an die Oberseite reichende Basiszone 3, die ebenfalls p-dotiert ist, eingelassen, in welcher ihrerseits eine an die Oberseite rei chende Sourcezone 4 vom n-Typ eingelassen ist. Die Unterseite des Halbleiterbauelements bildet ein Substrat 5, das stark p-dotiert ist. Weiterhin ist eine Sourceelektrode 6 vorgese hen, die in Kontakt mit der Sourcezone 4 sowie der Basiszone 3 steht. Eine Drainelektrode 7 steht in Kontakt mit der Anodenzone 2. Auf der Oberseite des Halbleiterbauelements ist eine Gate-Isolierschicht 9 angeordnet, die zwischen der Sourcezone 4 und der Anodenzone 2 gelegen ist. Auf dieser Gate-Isolierschicht 9 befinden sich eine Gateelektrode 8 so wie eine Feldplatte 14. Weiterhin ist zwischen der Drainzone 1 und dem Substrat 5 eine laterale Isolationsschicht 10 vor gesehen. Das Halbleiterbauelement weist weiterhin an seiner Seite einen grabenförmig ausgebildeten Isolationsbereich 12 auf, der von der Oberseite bis zu der lateralen Isolations schicht 10 reicht. Der LIGBT weist weiterhin eine p-Diffusion 15 an der Seite der Trench-Isolation 12 auf. Die Basiszone 3, die Sourcezone 4 sowie der unter der Gatelektrode 8 befindli che Bereich sind mit dem vertikal verlaufenden Bereich 15 (p-Diffusion) verbunden. Die Anodenzone 2 sowie die darauf befindliche Drainelektrode 7 sind in der Mitte des LIGBT an geordnet. Der in Fig. 1 im Querschnitt gezeigte LIGBT weist in seiner Draufsicht in der Regel eine fingerförmige Form auf.

Im folgenden wird die Funktionsweise des LIGBT aus Fig. 1 erläutert. Wird an die Gateelektrode 8 eine Spannung angelegt, so gelangen Elektronen von der Sourcezone 4 in die Drain zone 1. Damit wird der laterale PNP-Transistor 2, 1, 3 ange steuert, der seinerseits Löcher in die Drainzone 1 injiziert.

Will man das Bauelement abschalten, müssen die beweglichen Ladungsträger aus der Drainzone 1 entfernt werden. Dieser Ausräumvorgang macht sich durch einen Stromfluß nach dem Ab schalten der Gatespannung bemerkbar.

In Fig. 2 ist ein typischer Verlauf von Drainspannung und Drainstrom über der Zeit beim Ausschalten dargestellt. Kenn zeichnend für ein derartiges Bauelement ist, daß während des Abschaltens die Spannung am Bauelement nicht monoton auf sei nen Sperrspannungswert ansteigt, sondern zunächst schnell bis zu einem mittleren Niveau steigt, dann für einige Zeit mit einem wesentlich geringerem Spannungsanstieg fortfährt, um dann endgültig auf den Wert der Sperrspannung anzusteigen. Erst nachdem die volle Sperrspannung am Halbleiterbauelement anliegt, kann der Strom auf 0 abfallen. Die Ursache des ter rassenförmigen Spannungsanstiegs liegt im zunächst lateralen, dann im vertikalen Ausräumen der Speicherladung während des Abschaltvorganges. Die Folge dieses terrassenförmigen Span nungsverlaufes ist eine ungünstige Verlustleistungsbilanz des LIGBT beim Ausschalten.

Eine Lösung dieses Problems läßt sich dadurch erzielen, daß am Boden der dielektrisch isolierten Wanne eine hochdotierte p-diffundierte Zone eingebracht wird. Die hochdotierte p- diffundierte Zone würde folglich zwischen Drainzone 1 und der lateralen Isolationsschicht 10 liegen und mit dem vertikal verlaufenden p-dotierten Bereich 15 in Berührung stehen. Ein LIGBT mit einer derartigen p-diffundierten Schicht ist aus Proceedings of 1997 International Symposium on Power Semicon ductor Devices & ICs, Pages 313-316 bekannt. Das Einbringen einer derartigen hochdotierten p-diffundierten Zone hat zur Folge, daß die Terrassenphase bei einer wesentlich geringeren Drainspannung auftritt und somit die Verlustleistung wesent lich reduziert wird. Bekanntermaßen berechnet sich die Ver lustleistung während des Ausschaltvorganges nach der Formel

P_off = I.∫U.dt

Der Nachteil dieser Anordnung - im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten - besteht darin, daß bei gleicher Dicke der Drainzone 1 die Sperrfähigkeit des LIGBT stark reduziert wird. Die Ursache für die Verringerung der Sperrfähigkeit liegt darin, daß durch die hochdotierte Schicht am Boden der dielektrisch isolierten Wanne kein Eindringen des elektri schen Feldes in die Oxidisolation des sperrspannungsbelaste ten LIGBT möglich ist.

Aus der EP 0 338 312 A2 ist ein IGBT bekannt, bei dem in ei nem Substrat eine wannenförmige Oxidisolationsschicht vorge sehen ist. Innerhalb der Oxidwanne ist ein Anodenbereich vor gesehen, der ausgehend von der Oberfläche entlang der Oxid wanne angeordnet ist, wobei der Anodenbereich am Boden der Oxidwanne durchbrochen ist. Dort sind Bereiche von dem An odenbereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, die auf der von der Oxidisolationsschicht abgewandten Seite entlang des Anodenbereichs eine weitere Wanne bilden. Es wird hierdurch ein hoher und gleichmäßiger Stromfluß erzielt, wo bei der Hauptstrom überwiegend in vertikaler Richtung fließt.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht deshalb darin, einen lateralen IGBT in SOI-Bauweise zu entwickeln, der im Vergleich zum Stand der Technik geringere Ausschalt verluste aufweist ohne dabei gleichzeitig die Sperrspannung zu erniedrigen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen lateralen IGBTs angegeben werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. mit den Schritten des Patentanspruchs 17 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Der erfindungsgemäße laterale IGBT in SOI-Bauweise mit einer Ober- und einer Unterseite weist eine an die Oberseite rei chende Drainzone eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. In die Drainzone ist eine an der Oberseite verlaufende Anodenzone eines zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen. Weiterhin ist in die Drainzone eine an die Oberseite reichende Basiszone des zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen, in welcher eine, an die Oberseite reichende Sourcezone des ersten Leitfähigkeitstyps eingelassen ist. Die Unterseite des LIGBT bildet ein Substrat des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der LIGBT weist eine Sourceelektrode auf, die in Kontakt mit der Sourcezone und der Basiszone steht. Weiterhin beinhaltet er eine Draine lektrode, die in Kontakt mit der Anodenzone steht. Eine Gate- Isolierschicht, die auf der Oberseite angeordnet ist, ist zwischen der Sourcezone und der Anodenzone gelegen. Auf der Gate-Isolierschicht ist eine Gateelektrode angeordnet. Zwi schen der Drainzone und dem Substrat ist eine laterale Isola tionsschicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß in der Drainzo ne in der Nähe der Isolationsschicht zumindest ein lateral ausgebildeter Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgese hen ist. Dieser lateral ausgebildete Bereich ist dabei flä chenmäßig kleiner als die vorgesehene laterale Isolations schicht.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der terrassenförmige Verlauf im Spannungsanstieg beim Ausschalten des LIGBT zu ei nem niedrigeren Spannungswert hin verschoben wird und dabei gleichzeitig die Terrassenphase verkürzt wird. Hieraus resul tiert eine geringere Verlustleistung. Gleichzeitig bleibt je doch die maximale Sperrspannung erhalten, wie sie bei einem LIGBT gemäß Fig. 1 erzielt wird.

Die Ursache, daß die Ausschaltverluste verringert werden kön nen ohne dabei gleichzeitig die maximale Sperrspannung herab zusetzen, liegt darin, daß die vorgesehenen lateral ausgebil deten Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Nähe der lateralen Isolationsschicht in Source-Drain-Richtung ausge bildet sind und dabei Unterbrechungen aufweisen und somit flächenmäßig nicht die gesamte laterale Isolationsschicht überdecken. Zumindest Teilbereiche der Drainzone stehen somit in Berührung mit der lateralen Isolationsschicht. Diese Un terbrechungen ermöglichen es dem elektrischen Feld beim sperrspannungsbelasteten IGBT in das Isolationsoxid einzudringen. Das Eindringen des elektrischen Feldes in das Isola tionsoxid ist vor allem für die Sperrspannungsfestigkeit von Relevanz. Andererseits ermöglichen es die lateral ausgebilde ten Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps die Speicherla dung beim Abschalten des LIGBT schneller auszuräumen und so mit die Abschaltverluste zu reduzieren.

In einer Weiterbildung weist der LIGBT eine vertikale und isolierende Begrenzung auf, die grabenförmig ausgebildet ist und von der Oberseite bis zu der lateralen Isolierschicht reicht. Dieser vertikale (grabenförmige) Isolationsbereich ermöglicht es, den LIGBT mit beliebigen anderen Halbleiter bauelementen (z. B. Logikelementen) auf einem Halbleiter substrat zu integrieren.

In einer weiteren Ausgestaltung des LIGBT liegt die Anodenzo ne in einer an die Oberseite angrenzende Drainextension des ersten Leitfähigkeitstyps. Diese Drainextension weist in Ver gleich zur Drainzone eine höhere Dotierung auf und dient da zu, die Raumladungszone beim Abschalten des LIGBT von der Anodenzone fernzuhalten.

In einer Weiterbildung weist der LIGBT auf der Gate- Isolierschicht eine die Drainextension überdeckende Feldplat te auf. Dadurch wird eine günstige Beeinflussung des elektri schen Feldes innerhalb des LIGBT erzielt.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der LIGBT einen verti kal verlaufenden Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der an den grabenförmig ausgebildeten Isolationsbereich an stößt. Der vertikal verlaufende Bereich des zweiten Leitfä higkeitstyps steht dabei in Verbindung mit der Basiszone. Diese dient dazu, die Inversionsschicht auf der Unterseite des LIGBT zu steuern. Wenn der LIGBT sich im Blockierzustand befindet, wird der Übergang zwischen dem vertikal verlaufen den Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps und der Drainzone des ersten Leitfähigkeitstyps rückwärts gesteuert und verhindert auf diese Weise die Bildung einer Inversionsschicht zwi schen der Drainzone und der lateralen Isolationsschicht.

Weiterhin ist der LIGBT in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf einem festen Po tential liegt. Dieses kann eine feste Spannung sein oder vor teilhafterweise die Masse sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß das Potential floatet. In diesem Fall kann das Substrat eine höhere Sperrspannung aufnehmen. Der grabenförmig ausge bildete Isolationsbereich sollte auf dem niedrigsten Potenti al des Bauelements liegen. Vorzugsweise wird der grabenförmig ausgebildete Isolationsbereich mit dem Massepotential verbun den.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der LIGBT in lateraler Ausrichtung spiegelsymmetrisch aufgebaut. Dabei liegen die Anodenzone und die darauf befindliche Drainelektrode in der Mitte des Halbleiterbauelementes. Die grabenförmig ausgebil deten Isolationsbereiche bilden dabei die seitliche äußere Begrenzung des LIGBT. Vorteilhaft ist es, wenn der LIGBT eine fingerförmige Form aufweist, da bei einer Paralellschaltung mehrerer LIGBTs auf einem Halbleitersubstrat hierdurch eine besonderes flächeneffiziente Ausnutzung erzielt werden kann.

Die in der Drainzone vorgesehenen lateralen Bereiche weisen in einer weiteren Ausgestaltung eine polygonale Form auf und sind regelmäßig, in einer Ebene liegend, zueinander beabstan det. Die lateralen Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps können dabei eine beliebige Form aufweisen, sofern sicherge stellt ist, daß jeweils zwei nebeneinander liegende laterale Bereiche in einem gewissen Abstand zueinander beabstandet sind. Vorteilhaft ist es, wenn die Anordnung in einer regel mäßigen Abfolge erfolgt. Die Form der lateralen Bereiche kann dabei quadratisch, rechteckig, achteckig oder auch rund sein.

In einer anderen Ausgestaltung weisen die in der Drainzone vorgesehenen lateralen Bereiche eine an den Umfang des LIGBT angepaßte Form auf und sind in einer Ebene liegend, gleich zu einander beabstandet. Besitzt der LIGBT z. B. eine fingerför mige Umrandung, so sind die in der Drainzone vorgesehenen la teralen Bereiche ebenfalls fingerförmig, wobei der dem gra benförmigen vertikalen Isolationsbereich am nächsten liegende laterale Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps den größten Umfang aufweist, während der der Symmetrieachse am nächsten liegende laterale Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps den kleinsten Umfang aufweist. Auch bei dieser Anordnung muß wie derum sichergestellt sein, daß die lateralen Bereiche in ei nem gewissen Abstand zueinander liegen, so daß das Eindringen des elektrischen Feldes in die laterale Isolationsschicht möglich ist. Vorteilhafterweise ist die Beabstandung der ein zelnen lateralen Bereiche zueinander regelmäßig angeordnet.

Eine besonders leichte Herstellung des erfindungsgemäßen LIGBTs ist möglich, wenn die in der Drainzone vorgesehenen lateralen Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps an die la terale Isolationsschicht angrenzen. Dies ist jedoch nicht zwangsweise notwendig.

Ebenso ist es denkbar, daß in einer Ausgestaltung des erfin dungsgemäßen LIGBT die in der Drainzone dem Rand am nächsten liegenden lateralen Bereiche in Berührung mit dem grabenför mig ausgebildeten Isolationsbereich stehen.

Die laterale Form des LIGBT kann rund oder fingerförmig sein. Die fingerförmige Form ist aufgrund einer effektiven Flächen ausnutzung bei der Paralellschaltung mehrerer IGBTs von Vor teil. Der IGBT ist jedoch nicht auf diese lateralen Formen beschränkt. Es sind auch andere Formen denkbar.

Es ist von Vorteil, sowohl die laterale Isolationsschicht als auch den grabenförmigen Isolationsbereich aus Sio₂ herzustel len, da in diesem Fall bekannte Herstellungsverfahren verwen det werden können und eine besonderes einfache Herstellung möglich ist.

Es hat sich herausgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, die Ladungsträgerdichte der in der Drainzone vorgesehenen la teralen Bereiche zwischen einmal 10¹⁷/cm³ und einmal 10¹⁹/cm³ auszu führen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen LIGBT kann mittels der folgenden Schritte auf einfache Weise durchgeführt werden, ohne daß die Herstellungsschritte gegenüber einem konventio nellen lateralen IGBT stark abgewandelt werden müßten. Aus den nachfolgenden Herstellungsschritten wird ersichtlich wer den, daß die Erfindung in einem wafergebondeten Prozeß herge stellt wird.

Im ersten Schritt wird in der später zum Substrat gewandten Seite der Drainzone zumindest ein lateral ausgebildeter Be reich vom zweiten Leitfähigkeitstyp erzeugt. Ist nur ein la teraler Bereich vorgesehen, so muß dieser kleiner als die spätere dielektrische Wanne ausgeführt sein. Sind mehrere la terale Bereiche vorgesehen, so sind diese gegen einander beabstandet. Die in der Drainzone vorgesehenen late ralen Bereiche können dabei z. B. eine polygonale oder eine an die Form des lateralen IGBT angepaßte Form aufweisen und sind vorteilhaft regelmäßig in einer Ebene liegend zueinander beabstandet. Die vorgesehenen lateralen Bereiche können dabei sowohl durch eine Diffusion als auch durch eine photolack maskierte Implantation hergestellt werden. Die Verwendung von Bor ist zweckmäßig.

Es ist vorteilhafter, für die vorgesehenen lateralen Bereiche in der Drainzone eine polygonale Form zu wählen, und diese regelmäßig zueinander zu beabstanden, da dieser Herstellungs schritt unabhängig von der späteren Plazierung der auf der gegenüberliegenden Seite der Drainzone gefertigten IGBT- Struktur durchgeführt werden kann. Bei einer an die Form des LIGBT angepaßten lateralen Bereiche ist darauf zu achten, daß diese derart auf die Drainzone, Anodenzone sowie Basis- und Sourcezone justiert sind, daß die lateralen Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps spiegelsymmetrisch im fertigen LIGBT angeordnet sind. Für den Fall, daß die Bodendotierung der lateralen Bereiche in der Drainzone eine polygonale Form aufweist und die Größe der einzelnen dotierten Polygone deut lich kleiner als die laterale Ausdehnung des Bauelementes ist, brauchen demhingegen die dielektrischen Wannen mit den auf der Oberseite befindlichen Bauelementen nicht auf das Mu ster der dotierten lateralen Bereiche justiert zu sein.

In einem zweiten Schritt wird die laterale Isolationsschicht auf eine das Substrat bildende Halbleiterscheibe vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufgebracht. Es ist vorteilhaft die latera le Isolationsschicht auf die das Substrat bildende Halblei terscheibe aufzubringen, da aufgrund der unterschiedlich do tierten Oberflächenbereiche der Drainzone eine unterschied lich dicke Oxidschicht entstehen würde, die das Aufbringen des Substrats auf die laterale Isolationsschicht erschweren würden. Nach dem Rückdünnen der Seite der Drainzone, die die spätere Oberseite des LIGBT mit der Elektrode bildet, wird der Verbund von der lateralen Isolationsschicht und dem Substrat mit der der Oberseite der Drainzone gegenüberliegen den Seite verbunden. Anschließend werden auf der von der la teralen Isolationsschicht abgewandten Seite der Drainzone, die Anodenzone, die Basiszone sowie die Sourcezone in bekann ter Weise erzeugt. Die weiteren Schritte entsprechen der Her stellung eines konventionellen lateralen IGBT, z. B. das Er zeugen eines grabenförmig ausgebildeten Isolationsbereichs sowie das Anbringen der notwendigen Elektroden bzw. Feldplat ten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4b erklärt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen lateralen IGBT gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt,

Fig. 2 den Verlauf von Drainspannung und Drain strom über der Zeit beim Abschalten eines lateralen IGBT im Prinzip,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen lateralen IGBT im Querschnitt und

Fig. 4a und 4b Ausführungsbeispiele einer Anordnung der lateral ausgebildeten Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Drainzone in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen lateralen IGBT im Quer schnitt. Dieser weist eine an die Oberseite reichende Drain zone 1 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. In die Drainzone 1 ist eine an der Oberseite verlaufende Anodenzone 2 eines zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen. Weiterhin ist in die Drainzone 1 eine an die Oberseite reichende Basiszone 3 des zweiten Leitfähigkeitstyps eingelassen in welcher eine, an die Oberseite reichende Sourcezone 4 des ersten Leitfähig keitstyps eingelassen ist. Die Unterseite des LIGBT bildet ein Substrat 5 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Eine Source elektrode 6 steht im Kontakt mit der Sourcezone 4 und der Ba siszone 3. Eine Drainelektrode 7 steht im Kontakt mit der Anodenzone 2. Auf der Oberseite des LIGBT ist eine Gate- Isolierschicht 9 angeordnet, die zwischen der Sourcezone 4 und der Anodenzone 2 gelegen ist. Auf der Gate-Isolierschicht 9 ist eine Gatelektrode 8 angeordnet. Zwischen der Drainzone 1 und dem Substrat 5 ist eine laterale Isolationsschicht 10 vorgesehen. Weiterhin weist der LIGBT eine grabenförmige, vertikale Isolationsschicht 12 auf, die von der Oberseite des LIGBT bis zu der lateralen Isolationsschicht 10 reicht. Diese weist das niedrigste Potential des Halbleiterbauelements auf, sie liegt vorzugsweise auf Massepotential. An diese graben förmige Isolationsschicht 12 grenzt ein Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15, der auch mit der Basiszone 3 in Verbin dung ist. Die Anodenzone 2 liegt in einer an die Oberseite angrenzenden Drainextension 13 des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Dotierung der Drainextension 13 im Vergleich zur Drainzone 1 wesentlich höher ist. Weiterhin ist auf der Gate- Isolierschicht 9 eine die Drainextension überdeckende Feld platte 14 vorgesehen.

Der LIGBT weist weiterhin lateral ausgebildete Bereiche 11 des zweiten Leitfähigkeitstyps auf, welche in einer Ebene liegend gleich zueinander beabstandet sind. Die lateral aus gebildeten Bereiche 11 des zweiten Leitfähigkeitstyps grenzen an die laterale Isolationsschicht 10. Dies hat zur Folge, daß die lateral ausgebildeten Bereiche 11 auf dem gleichen Poten tial wie die laterale Isolationsschicht 10 liegen.

Es ist auch denkbar, daß sich die lateral ausgebildeten Bereiche 11 innerhalb der Drainzone 1 in einer Ebene liegend und gleich zueinander beabstandet befinden. Jedoch ist es notwendig, daß die lateral ausgebildeten Bereiche 11 in der Nähe der lateralen Isolationsschicht 10 liegen. Der LIGBT weist einen bezüglich der Achse A-A' spiegelsymmetrischen Aufbau auf. In Fig. 3 sind drei nebeneinander liegende late rale Bereiche 11 des zweiten Leitfähigkeitstyps dargestellt. Insgesamt liegen folglich sechs lateral ausgebildete Bereiche 11 in der Drainzone in einer Ebene nebeneinander. Es ist je doch auch denkbar, daß mehr oder weniger dieser lateral aus gebildeten Bereiche 11 in der Drainzone 1 vorgesehen sind. Es muß dabei nur sichergestellt sein, daß an manchen Stellen die laterale Isolationsschicht 10 in Berührung mit der Drainzone 1 steht. Diese Unterbrechungen sind notwendig, um das Ein dringen des elektrischen Feldes bei dem sperrspannungsbela steten IGBT in die laterale Isolationsschicht 10 zu ermögli chen, da ansonsten die Sperrfähigkeit des Bauelementes herab gesetzt werden würde. Die lateral vorgesehenen Bereiche 11 tragen andererseits dazu bei, die Speicherladung beim Aus schalten des LIGBTs schneller aus der Raumladungszone auszu räumen und somit die Abschaltverluste zu verringern.

Fig. 4a und Fig. 4b zeigen den erfindungsgemäßen lateralen IGBT in Draufsicht gemäß Fig. 3 entlang der Linie B-B'. Fig. 4a zeigt die in die Drainzone 1 eingelassenen lateralen Bereiche 11 vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Die lateralen Be reiche 11 weisen dabei eine an die Form des LIGBT angepaßte Form auf, d. h. sie sind fingerförmig. In der Figur sind vier fingerförmige lateral ausgebildete Bereiche 11 in einer Ebene liegend gleich zueinander beabstandet. In dieser Ansicht geht der spiegelsymmetrische Aufbau des LIGBT vor.

Fig. 4b zeigt die in der Drainzone 1 liegenden lateralen Be reiche 11. Diese lateral ausgebildeten Bereiche 11 weisen ei ne rechteckige Form auf und sind gleich zueinander beabstan det. Die Form der lateral ausgebildeten Bereiche 11 könnte auch rund, dreieckig oder aber polygonal sein.

In beiden Fällen ermöglichen die zueinander beabstandeten la teralen Bereiche 11 vom zweiten Leitfähigkeitstyp das Ein dringen des elektrischen Feldes in die laterale Isolations schicht 10 (nicht gezeigt). Der Vorteil der Anordnung der la teralen Bereiche 11 gemäß Fig. 4b gegenüber Fig. 4a besteht darin, daß wenn die Größe der einzelnen lateral ausgebildeten Bereiche deutlich kleiner als die laterale Ausdehnung des LIGBT ist, diese lateralen Bereiche nicht auf die Anordnung von Basiszone, Anodenzone usw. justiert sein müssen. Das Mu ster der lateral ausgebildeten Bereiche 11 kann bereits wäh rend der Waferfertigung über die gesamte Oberfläche aufge bracht werden. Dies hat zur Folge, daß die lateral ausgebil deten Bereiche auch auf der Unterseite an Stellen, an denen eine Logik-Schaltungs-anordnung vorgesehen ist, vorhanden sind. Sie haben jedoch keine Auswirkungen auf die Logikschal tung, da deren Funktion hauptsächlich von oberflächennahen Wirkungen bestimmt ist.

Bei einer an die laterale Ausdehnung des IGBT angepaßte Form der lateral ausgebildeten Bereiche 11 ist darauf zu achten, daß diese auf die auf der Oberseite angeordneten Bereiche ju stiert ist, da die Forderung eines spiegelsymmetrischen Auf baus erfüllt sein muß. Diese Forderung erhöht die Komplexität bei der Herstellung des erfindungsgemäßen LIGBTs.

In Fig. 3 ist der LIGBT mit einer n-dotierten Drainzone dar gestellt. Die Dotierungen der anderen Bereiche sind in entsprechender Form angegeben. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Dotierung der Drainzone vom entgegengesetzen Leitungstyp, d. h. vom p-dotierten Typ, ist. Die übrigen Bereiche sind entsprechend dotiert.

Claims

1. Lateraler IGBT in SOI-Bauweise mit einer Oberseite und ei ner Unterseite mit

a) einer an die Oberseite reichenden Drainzone (1) eines er sten Leitfähigkeitstyps,
b) eine in die Drainzone (1) eingelassene, an der Oberseite verlaufende Anodenzone (2) eines zweiten Leitfä higkeitstyps,
c) einer in die Drainzone (1) eingelassenen und an die Ober seite reichenden Basiszone (3) des zweiten Leitfähigkeits typs, in welcher eine, an die Oberseite reichende Source zone (4) des ersten Leitfähigkeitstyp eingelassen ist,
d) einem die Unterseite bildenden Substrat (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps,
e) einer Sourceelektrode (6), die in Kontakt mit der Source zone (4) und der Basiszone (3) steht,
f) einer Drainelektrode (7), die in Kontakt mit der Anodenzo ne (2) steht,
g) einer Gate-Isolierschicht (9), die auf der Oberseite ange ordnet ist und die zwischen der Sourcezone (4) und der An odenzone (2) gelegen ist,
h) einer Gateelektrode (8), die auf der Gate-Isolierschicht (9) angeordnet ist,
i) einer zwischen der Drainzone (1) und dem Substrat (5) vor gesehenen lateralen Isolationsschicht (10)

dadurch gekennzeichnet, daß in der Drainzone (1) in der Nähe der Isolationsschicht (10) zumindest ein lateral ausgebildeter Bereich (11) des zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen ist.

2. Lateraler IGBT nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als vertikale Begrenzung ein grabenförmig ausgebildeter, von der Oberseite bis zu der lateralen Isolierschicht (10) reichender Isolationsbereich (12) vorgesehen ist.

3. Lateraler IGBT nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzone (2) in einer an die Oberseite angrenzende Drainextension (13) des ersten Leitfähigkeitstyps liegt.

4. Lateraler IGBT nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gate-Isolierschicht (9) eine die Drainextension (13) überdeckende Feldplatte (14) vorgesehen ist.

5. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) auf einem festen Potential liegt.

6. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der grabenförmig ausgebildete Isolationsbereich (12) an einen vertikal verlaufenden Bereich (15) vom zweiten Leitfä higkeitstyp stößt.

7. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der grabenförmig ausgebildete Isolationsbereich (12) auf dem niedrigsten Potential liegt.

8. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau in lateraler Ausrichtung spiegelsymmetrisch ist.

9. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Drainzone (1) vorgesehenen lateralen Bereiche (11) eine polygonale Form aufweisen und regelmäßig in einer Ebene liegend zueinander beabstandet sind.

10. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Drainzone (1) vorgesehenen lateralen Bereiche (11) eine an den Umfang angepaßte Form aufweisen und in einer Ebene liegend, gleich zueinander beabstandet sind.

11. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Drainzone (1) vorgesehenen lateralen Bereiche (11) an die laterale Isolationsschicht (10) angrenzen.

12. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Drainzone (1) den Rand am nächsten liegenden lateralen Bereiche (11) in Berührung mit dem vertikal ausge bildeten Bereich (15) des zweiten Leitfähigkeitstyps stehen.

13. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Form des IGBT rund oder fingerförmig ist.

14. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Isolierschicht (10) aus SiO₂ besteht.

15. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der grabenförmige Isolationsbereich (12) aus SiO₂ besteht.

16. Lateraler IGBT nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerdichte der in der Drainzone (1) vorgese henen lateralen Bereiche (11) zwischen 1.10¹⁷/cm³ und 1.10¹⁹/cm³ liegt.

17. Verfahren zum Herstellen eines lateralen IGBTs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) in der zum Substrat (5) gewandten Seite der Drainzone (1) wird zumindest ein lateral ausgebildeter Bereich (11) vom zweiten Leitfähigkeitstyp erzeugt,
b) die laterale Isolationsschicht (10) wird auf eine das Sub strat (5) bildende Halbleiterscheibe vom zweiten Leitfähig keitstyp aufgebracht,
c) der Verbund von der lateralen Isolationsschicht (10) und dem Substrat (5) wird mit der der Oberseite der Drainzone (1) gegenüberliegenden Seite verbunden,
d) auf der von der lateralen Isolationsschicht abgewandten Seite der Drainzone (1) werden die Anodenzone (2), die Ba siszone (3) und die Sourcezone (4) in bekannter Weise er zeugt.

18. Verfahren zum Herstellen eines lateralen IGBTs nach Pa tentanspruch 17, gekennzeichnet durch den nach Schritt d) folgenden Schritt:

a) Erzeugen eines grabenförmig ausgebildeten Isolationsbe reichs (12).