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Halbleiteraufbau zur Verbesserung der Durchbruchspannung an einem
PN-Übergang Die Erfindung betrifft einen llalbleiteraufbau zur Verbesserung der
Durchbruchspannung-an einem PN-Übergang mit einer auf einem Substrat angebrachten
ersten Schicht eines Halbleitermaterials mit ersten Widerstandseigenschaften, in
welcher aktive Elemente ausgebildet sind, mit ringförmig verlaufenden Einschnitten,
die bis in das Substrat verlaufen und mit einer Oxydschicht ausgekleidet sowie mit
einem polykristallinen Material aufgefüllt sind, wodurch gegeneinander isolierte
Inselbereiche entstehen, und ferner mit zumindest einem PN-Übergang, der an der
Oxydschicht in den Einschnitten endet, sowie mit einer isolierenden Oberflächenschicht,
die in die Oxydschicht und das polykristalline Material übergeht.
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Es besteht ein fortdaucrndes Intcressc die Durchbruchspannung an PN-Übergängen
von Nalbleiteranordnungen weiter zu verbessern. Die ProlJlematik der Durchbruchspannung
bei Halbleiteranordnungen ist in diesem Zusammenhang aus der US-PS 3 302 076 bekannt.
In diesem Zusammenhang werden die physikalischen Eigenschaften beschrieben die eine
Verringerung der Durchbruchspannung bei Halbleiteranordnungen verursachen und auchLösungen
vorgeschlagen, wobei eine isolierende Schicht auf der Oberfläche der Halbleiteranordnung
angebracht wird. Diese isolierende Schicht kann mit Verunreinigungen versehen sein
die eine Ladungsverteilung in dem unter der isolierenden Schicht liegenden I-Ialbleiteraufbau
bewirken sollen. Demselben Zweck dient auch ein ohmischer Kontakt mit einem der
Bereiche des Halbleiteraufbaus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Maßnahmen
zur Verbesserung der Durchbruchspannung insbesondere an horizontal zur Oberfläche
der Halblefteranordnuiig verlaufenden PN-t#bergängen weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß am Grenzschichtbereich
zwischen dem Substrat und der ersten Schicht eine zweite vergrabene Schicht tom
selben Leitfähigkeitstyp und einem geringeren Widerstand als der ersten Schicht
ausgebildet ist daß ein Teil der Einschnitte bis in die vergrabene Schicht verläuft>
daß in der isolierenden Oberflächenschicht zumindest eine Öffnung vorhaiiden ist
die einen Teil des polykristallinen Materials sowie einen Teil der Oberflächenschicht
des Inselbereichs und der Oxydschicht freilegt, und daß eine leitende Schicht- innerhalb
der Öffnung ausgebildet ist die den Teil der Oberfläche des Inselbereiches mit dem
polykristallinen Material leitend verbindet.
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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von weiteren Ansprüchen.
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Durch
Durch die Maßnahmen #er Erfindung ergibt sich
eine wesentliche Verbesserung der Durchbruchspannung an PN-Übergängen aufgrund der
leitenden Schicht, die das polykristalline Material mit der Oberflächenschicht des
Inselbereiches verbindet die in Zusammenwirkung mit einer zweiten Leitfähigkeitszone
den PN-Übergang bildet. Diese leitende Schicht muß keinen sehr niederen Widerstand
aufweisen da sie keinen Gleichstrom führt, jedoch ist es erforderlich daß sie auf
das -selbe Potential aufladbar ist, das an der Oberflächenschicht des aktiyen Teils
des Inselbereiches wirksam ist.
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen bekannten Halbleiterauftjau,
aus dem die Kombination, einer dielektrischen isolierenden und eines PN-Übergangs
hervorgeht, der an einer Oxydschicht endet, welche in V-förmigen Einschnitten angebracht
ist; Fig. 2 einen Schnitt durch einen Hxlbleiteraufbau mit einem horizontal verlaufenden
PN-Übergang der an einer Oxydschicht endet, die mit einem polykristallinen Silicium
hinterfüllt ist und der die Verbindung des polykristallinen Bereiches mit der einen
Seite des Übergangs durch eine leitende Materialschicht darstellt, Fig. 3 eine zweite
Ausführungsform des dargestellten Halbleiteraufbaus gemäß Fig. 2 bei der die leitende
Materialschicht in direkter Kontaktverbindung mit der Oberfläche steht; Fig. 4
Fig.
4 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung bei der ein einfacher
PN-Üb#rgang innerhalb eines isolierenden Halbleiteraun)aus angeordnet ist; Fig.5
einen vergrößerten Schnitt der den Bereich um das Auftreffen des PN-Übergangs auf
die Oxydschicht innerhalb des V-förmigen Einschnittes darstellt; Fig. G eine Draufsicht
auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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In Fig list ein Schnitt durch einen Halbleiteraufbau 8 dargestellt
mit einer dielektrischen isolierenden Schicht und einem V-förmigen Ätzeinschnitt.
Ein P-leitendes Substrat 10 ist mit einer epitaxialen Schicht 12 aus N leitendern
Material überzogen, so daß ein PN-Übergang 14 entsteht.
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Die V-förmigen Einschnitte 15 haben eine Oberfläche die bis in das
Substrat 10 verläuft. Durch diese Einschnitte 15 werden Inselbereiche 18a, 18b und
18c geschaffen Die Oberfläche 1 6 in jedem Einschnitt 18 ist mit einer isolierenden
Schicht 20 aus Silieiumdioxyd überzogen und der Re t des Einschnittes mit einem
polykristallinen ITalblei.termaterial 22 aufgefüll-i Es sollte eine Oxydschicht
mit einem niederen Q55 verwendet werden um einen Oberflächeninversionsbereich zu
schaffen wodurch Störstrecken zwischen benachbarten Inselbereichen entstehen. Nach
einem Läppen und Polieren hat der Halbleiteraufbau 8 eine flache Oberfläche 23,
die mit einer weiteren isolierenden Schicht 24 überzogen ist. Hierfür kann Siliciumdioxyd
verwendet werden.
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Die einzelnen Inselbereiche lBa 18b und 18c werden gegeneinander durch
die Kombination des PN-Uberganges 14 und den mit einer Oxydschicht überzogenen sowie
mit polykristallinem Material gefüllten Einschnitten isoliert.
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In dem Inselbereich 18b ist ein Diffusionsbereich 25 ausgebildet wodurch
eine
eine zweite PN-Grenzschicht 25a entsteht, die ebenfalls an
der Oxyclschicht 20 endet.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen I-Ialblcitcraufbau gemäß der
Erfindung dargestellt, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind. Auf dem P-leitenden Substrat 10 ist eine N-leitende epi saxiale Schicht 12
ausgebildet, wodurch ein PN-Übergang 14 entsteht. Die Einschnitte 15 erstrecken
sich durch den Halbleiteraufbau bis in das Substrat 10. Dadurch entstehen mehrere
Inselbereiche 18a> 181), und 18dJ die von den 1 inschnitten begrenzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden im Gegensatz zu dem Aufbau gemäß Fig. 1 zwei
Inselbereiche 18b und 18c dazu benutzt, um ein aktives Halbleiterelement darin auszubilden.
Eine vergrabene Schicht 19 wird in dem P-leitendenSubstrat vor dem Anbringen der
N-leitenden epitaxialen Schicht 12 vorgesehen. Diese dient dazu, benachbarte Inselbereiche
18b und 18c miteinander zu verbinden. Die innere Oberfläche 16 jedes Einschnittes
15 ist mit einer isolierenden Schicht 20 überzogen und die einzelnen Einschnitte
mit einem polykristallinen Material 22 ausgefüllt. Vor dem Aufbringen der Oberflächenoxydschicht
24 wird die erforderliche Diffusion in die frefliegende Oberfläche der e pitaxialen
Schicht vorgenommen und durch -eine P -Diffusion der Bereich 25 ausgebildet, wodurch
ein weiterer PN-Übergang 25a entsteht. Ferner wird durch eine Anreicherungsdiffusion
ein N -leitender Bereich 26 ausgebildet. Nach diesem Diffusionsschritt wird die
isolierende Schicht 24 auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe angebracht. In dieser
isolierenden Schicht werden Öffnungen 27 28 zuund 29 ausgebildet um den Anreicherungsbereich
26 den polykristallinen Bereich 22a. und den Diffusionsbereich 25 zumindest teilweise
freizulegen. Anschließend werden leitende Schichten 30 und 32 in herkömmlicher Weise
auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgebildet. Dazu kann Aluminium verwendet
werden jedoch auch irge#ndein anderes der bekannten kompatiblen Materialien. Die
leitende Metallisatiosschicht 30 steht in Kontaktverbindung mit dem Anreicherungsbereich
26 während
während die leitende Metallisationsschicht 32 sowohl
in Kontaktverbindung mit dem polykristallinen Bereich 22a als auch dem Dilfusionshereich
25 steht.
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In der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 6 stellen die Einschnitte
15a in sich geschlossene Ringbereiche dar in welchen die aktiven Halbleiterelemente
ausgebildet sind. Der erste Teil 15a des ringförmig ausgebildeten Einschnittes umfaßt
die vergrabene Schicht l9 so daß diese unterhalb des Teils der Oberfläche liegt,
welche von dem ersten Einschnitt umgeben wird. Ein zweiter Einschnitt 15b teilt
den ersten Einschnitt 15a in zwei Teile wie dies mit dem Bezugs zeichen 17 in Fig.
6 angedeutet ist.
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In Fig. 5 ist der Kreuzungspunkt des PN-Übergangs 25a mit cler isolierenden
Schicht 20 an der Seitenwand 16 des V-förmigen Einschnittes 15 vergrößer dargestellt.
Aufgrund eines bekannten Effektes von Oxyden auf Oberflächen tendiert ein solches
Oxyd dazu eine mehr N-leitende Oberfläche in dem darunter liegenden N-leitenden
Silicium auszubilden d.h.
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es bildet sich ein Anreicherungsbereich. Die Geometrie, wie sie in
Fig. 5 dargestellt ist und welche die übliche Geometrie aufgrund des V-förmig verlaufenden
Isolationsbereiches ist, tendiert dazu, die erreichbare Durchbruchspannung zu verringern
sowohl aufgrund des Winkels zwischen dem PN-Übergang 25a in der Oxydschicht 20 als
auch der individueilen Oberflächen effekte in dem Oxyd.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein polykristallines Silicium
zum Ausfüllen der Einschnitte benutzt. Wenn das polykristalline Silicium negativ
bezüglich des N-leitendes Bereiches 34 gernachtwird, wird das Feld an dem PN-Übergang
25a verringert, womit man für die Durchbruchspannungen erreicht, daß sie nur durch
die Dicke die Materlalwiderstände und das Übergangsgefälle aufgrund der Störstellenprofile
begrenzt werden.
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Gemäß
Gemäß Fig. 2 ist um diese verbesserten Durchbruchspannungen
in einfacher Weise zu erhalten der polykristalline Bereich 22a mit dem P-leitenden
Bereich 25 verbunden. Dies geschieht mit Ililfe der leitenden Schicht 32. Wenn der
PN-Übergang 25a in Sperrichtung vorgespannt ist ist der P-leitende Bereich negativ
bezüglich des N-leitenden Bereiches und der polykristalline Bereich 22a der mit
dein P-leitenden Bereich verbunden ist, ebenfalls negativ vorgespannt womit das
richtige Feldpotential erzeugt wird um das Oberflächenfeld zu verringern und damit
die Durchbruchs eigenschaften zu verbessern.
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Der gesamte polykristalline Siliciumbereich innerhalb des Einschnittes
ist negativ vorgespannt0 In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der der Teil 24a der Oxydschicht gemäß Fig. 2 entfernt ist. Diese
Oxydschicht ist nicht notwendig, womit es möglich wird die leitende Aluminiumscllicht
32 oder jedes andere leitende Material innerhalb einer einzigen Öffnung 28a anzubringen
die sich über die Oxydschicht 20 erstreckt. Die Oxydschichtwird natürlich beibehalten
wenn Überkreuzungen mit anderen Komponenten erforderlich werden.
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In Fig. 4 ist ein allgemeinerer Fall der vorliegenden Erfindung dargestellt,
bei der der Anschluß auf der Vorderfläche der Halbleiterscheibe mit der leitenden
Schicht 32 und der Anschluß auf der rückwärtigen Oberfläche der Halbleiterscheibe
über eine weitere leitende Schicht 30 erfolgt. In diesem Fall wird das Substrat
P -leitend ausgeführt, um den Kontakt zum Bereich 18b zu verbessern. Der Übergang
von dem Substrat 10 zur epitaxialen Schicht 12 erfolgt längs der Grenzschicht 36.
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Patentansprüche