DE19838108B4 - Randstruktur für Hochvolt-Halbleiterbauelemente - Google Patents
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Abstract
Randstruktur
für Hochvolt-Halbleiterbauelemente,
mit einem ein Oberflächen-Halbleitergebiet (15)
des einen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper (1) und mit ringförmigen Zonen
(14) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps,
die im Bereich des Halbleitergebietes (15) vorgesehen sind, wobei
die ringförmigen
Zonen (14) so in das Halbleitergebiet (15) eingebettet sind, daß dieses
wenigstens teilweise zusammenhängend
gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Zonen (14) vollständig im
Oberflächen-Halbleitergebiet
(15) vergraben sind und nicht bis an die Oberfläche des Halbleitergebiets (15)
heranreichen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Randstruktur für Hochvolt-Halbleiterbauelemente mit einem ein Oberflächen-Halbleitergebiet des einen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper und mit ringförmigen Zonen des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps, die im Bereich des Oberflächengebiets vorgesehen sind, wobei die ringförmigen Zonen so in das Halbleitergebiet eingebettet sind, dass dieses wenigstens teilweise zusammenhängend gestaltet ist.
- Bekanntlich werden ringförmige Zonen, sogenannte Schutzringe, und/oder Feldplatten in den verschiedensten Variationen eingesetzt, um bei planaren Halbleiterbauelementen den Verlauf der lateralen elektrischen Feldstärke so zu gestalten, daß ein elektrischer Durchbruch zuverlässig vermieden werden kann. Bei den bekannten Halbleiterbauelementen kann es sich dabei beispielsweise um Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren oder um IGBTs (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) handeln.
- Eine derartige bestehende Randstruktur für einen Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor ist in
3 gezeigt. Dieser bestehende Leistungs-MOS-Feldeffekttransistor weist einen n–-leitenden Silizium-Halbleiterkörper1 auf, der mit einer n+-leitenden Kontaktzone2 zu einem Drainkontakt3 aus beispielsweise Aluminium versehen ist, an welchem eine Spannung +U anliegt. Anstelle der n+-leitenden Kontaktzone2 kann gegebenenfalls auch eine p+-leitende Zone vorgesehen werden. In die der Kontaktzone2 gegenüberliegende Oberfläche des Halbleiterkörpers1 sind eine n+-leitende Sourcezone4 , eine p+-leitende Zone5 und eine p-leitende Zone6 , die einen Kanalbereich bildet, eingebettet. Im Bereich oberhalb der Zone6 ist in einer Isolierschicht7 aus beispielsweise Siliziumdioxid eine Gateelektrode8 aus n+-leitendem polykristallinem Silizium vorgesehen, die mit einer aus Aluminium bestehenden Kontaktschicht9 verbunden ist, an welcher eine Gatespannung +UG anliegt. Durch die Isolierschicht7 sind noch Sourcekontakte10 aus beispielsweise Aluminium geführt, die geerdet sind. - Die Zonen
4 ,5 ,6 sind zur Vermeidung von Feldstärkenspitzen, die zu einem elektrischen Durchbruch führen, von p-leitenden ringförmigen Zonen11 und n-leitenden ringförmigen Zonen12 umgeben. Die Zonen12 sind dabei höher dotiert als das Halbleitersubstrat1 . - Auf der Isolierschicht
7 sind noch Feldplatten13 aus beispielsweise dotiertem polykristallinem Silizium oder Aluminium vorgesehen, die jeweils mit den p-leitenden Zonen11 bzw. der Zone6 verbunden sind. - Die ringförmigen, p+-leitenden Zonen
11 sind zwischen den ringförmigen n-leitenden Zonen12 vorgesehen, so daß diese Zonen12 kein zusammenhängendes Gebiet bilden. Die Feldplatten13 liegen bevorzugt in den Bereichen oberhalb der Zonen12 , also zwischen den Zonen11 , und können gegebenenfalls aus mehreren Segmenten und auch aus verschiedenen Materialien bestehen. Ebenso ist es möglich, die Isolierschicht7 stufenförmig zu gestalten. - Eine Randstruktur sollte aus Platzgründen möglichst schmal sein und dennoch zuverlässig einen elektrischen Durchbruch verhindern. Auch sollte eine solche Randstruktur einfach herstellbar sein und keine aufwendigen Verfahrensschritte erfordern.
- Die WO 96/26547 beschreibt eine Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Schutzring, bei der dieser Schutzring aus zwei ringförmigen Zonen besteht, die im Übergangsbereich zwischen einem n-leitenden Halbleiterkörper und einer darauf aufgebrachten, n-leitenden epitaktischen Schicht vorgesehen sind.
- Die
GB 2 318 684 A - Die
US 5,347,155 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, bei der Schutzringe und in einem Oberflächenbereich angeordnet sind. Diese Schutzringe grenzen dabei an die Oberfläche des Halbleitergebietes an und sind nicht vollständig in dieses eingelagert. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Randstruktur für Hochvolt-Halbleiterbauelemente zu schaffen, die schmal gestaltet ist, einfach hergestellt werden kann und dennoch zuverlässig einen elektrischen Durchbruch zu verhindern vermag.
- Diese Aufgabe wird bei einer Randstruktur der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ringförm migen Zonen vollständig in das Halbleitergebiet eingebettet sind und nicht bis an die Oberfläche des Halbleitergebiets heranreichen.
- In vollkommener Abkehr vom bisherigen Stand der Technik sind also bei der erfindungsgemäßen Randstruktur die bisherigen ringförmigen Zonen des einen Leitungstyps zusammenhängend in einem einzigen Halbleitergebiet ausgeführt, in das die ringförmigen Zonen des anderen Leitungstyps eingebettet sind. Mit anderen Worten, bei einem beispielsweise n–-leitenden Halbleitersubstrat weist die Randstruktur ein zusammenhängendes n-leitendes Halbleitergebiet auf, in das ringförmige p-leitende Zonen eingebettet sind. Diese p-leitenden Zonen sind in dem Halbleitergebiet vergraben, so daß sie von diesem umgeben sind.
- Bei einer derartigen Gestaltung der Randstruktur wird das Halbleitergebiet zum Rand hin von Ladungsträgern ausgeräumt, wobei die laterale Ausdehnung der Raumladungszone mit der Spannung anwächst. Das Halbleitergebiet zwischen den ringförmigen Zonen ist vorzugsweise so hoch dotiert, daß es zwischen den ringförmigen Zonen an Ladungsträgern ausgeräumt ist, bevor ein Durchbruch auftritt.
- Bei der erfindungsgemäßen Randstruktur wird also das Halbleitergebiet, das vorzugsweise n-leitend ist, von den ringförmigen Zonen, die dann p-leitend sind, nicht vollkommen unterbrochen. Es ist vielmehr miteinander über und/oder unter den ringförmigen Zonen oder zwischen diesen mit Segmenten untereinander verbunden, so daß es zusammenhängend ist.
- Ein derartiger Aufbau der Randstruktur stellt sicher, daß die Breite der Raumladungszone entlang der Oberfläche in Richtung auf den Rand des Halbleiterbauelementes bei steigender anliegender Spannung stetig und monoton zunimmt. Damit kann ein annähernd linearer oder anderer gewünschter Spannungsverlauf entlang der Oberfläche des Halbleiterbauelementes erreicht werden.
- Auch ist es möglich, den Rand schmaler als bei bisherigen Halbleiterbauelementen zu gestalten, da keine zweidimensionale Abschirmung erforderlich ist, was selbst dann gilt, wenn die Abstände zwischen den ringförmigen Zonen sehr klein gemacht werden.
- Selbstverständlich ist es auch möglich, bei der erfindungsgemäßen Randstruktur zusätzlich noch Feldplatten anzuwenden, die in üblicher Weise gestaltet werden können. Gleiches gilt für eine stufenförmig ausgeführte Isolierschicht sowie für eine unterteilte Gestaltung der Feldplatten.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schnitt durch eine Randstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, -
2 einen Schnitt durch eine bekannte Randstruktur und -
3 einen Schnitt durch eine weitere bestehende Randstruktur. - Die
3 ist bereits eingangs erläutert worden. In den1 und2 werden für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in3 verwendet. -
1 zeigt eine Randstruktur, bei der ringförmige p-leitende Zonen14 in ein n-leitendes Halbleitergebiet15 eingebettet sind. Die ringförmigen Zonen14 sind p- oder p+-dotiert und in dem Halbleitergebiet15 vergraben. - Wird an die Randstruktur von
1 eine Spannung angelegt, so wird das Halbleitergebiet15 in dieser Figur von rechts nach links an Ladungsträgern ausgeräumt, wobei die laterale Ausdehnung der Raumladungszone mit der Spannung anwächst. Die Bereiche des Halbleitergebietes15 zwischen den ringförmigen Zonen14 sind so hoch dotiert, daß sie ausgeräumt werden, bevor ein Durchbruch auftreten kann. -
2 zeigt eine weitere bekannte Randstruktur, bei dem die ringförmigen Zonen14 nicht in dem Halbleitergebiet15 vergraben sind. Vielmehr sind diese ringförmigen Zonen14 so in dem Halbleitergebiet15 vorgesehen, daß dieses zusammenhängend gestaltet ist. Dies kann dadurch geschehen, daß das Halbleitergebiet auf einer Seite (in2 auf der Oberseite) zusammenhängend ausgeführt oder durch Segmente zwischen den ringförmigen Zonen14 miteinander verbunden ist. - Durch den in
2 gezeigten Aufbau der Randstruktur ist sichergestellt, daß die Breite der Raumladungszone entlang der Oberfläche in Richtung auf den Rand hin stetig und monoton zunimmt. Damit kann ein annähernd linearer oder anderer, gewünschter Spannungsverlauf entlang der Oberfläche erreicht werden. - Gegebenenfalls können zusätzlich noch Feldplatten
13 vorgesehen werden, die mit den ringförmigen Zonen14 verbunden sind. - Die Herstellung der Zonen
14 kann beispielsweise durch Ionenimplantation oder auch durch Diffusion erfolgen. Eine Ionenimplantation wird bevorzugt dann angewandt, wenn die Zonen14 , wie im Ausführungsbeispiel von1 , in dem Halbleitergebiet15 vergraben sind.
Claims (4)
- Randstruktur für Hochvolt-Halbleiterbauelemente, mit einem ein Oberflächen-Halbleitergebiet (
15 ) des einen Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper (1 ) und mit ringförmigen Zonen (14 ) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps, die im Bereich des Halbleitergebietes (15 ) vorgesehen sind, wobei die ringförmigen Zonen (14 ) so in das Halbleitergebiet (15 ) eingebettet sind, daß dieses wenigstens teilweise zusammenhängend gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Zonen (14 ) vollständig im Oberflächen-Halbleitergebiet (15 ) vergraben sind und nicht bis an die Oberfläche des Halbleitergebiets (15 ) heranreichen. - Randstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet (
15 ) so hoch dotiert ist, daß es zwischen den ringförmigen Zonen (14 ) an Ladungsträgern ausgeräumt ist, bevor ein Durchbruch auftritt. - Randstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den ringförmigen Zonen (
14 ) auf einer Isolierschicht (7 ) Feldplatten (13 ) vorgesehen sind, die jeweils mit einer entsprechenden ringförmigen Zone (14 ) verbunden sind. - Randstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet (
15 ) durch Segmente zwischen den ringförmigen Zonen (14 ) zusammenhängend gestaltet ist.
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1998
- 1998-08-21 DE DE19838108A patent/DE19838108B4/de not_active Expired - Fee Related
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DE19838108A1 (de) | 2000-03-02 |
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