DE3516222A1

DE3516222A1 - Halbleiterbauelement mit erhoehter oberflaechen-durchbruchsspannung

Info

Publication number: DE3516222A1
Application number: DE19853516222
Authority: DE
Inventors: Günther Dr. Franz; Jenö Dr. 8000 München Tihanyi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-05-06
Filing date: 1985-05-06
Publication date: 1986-11-06

Description

Halbleiterbauelement mit erhöhter Oberflächen-
Durchbruchsspannung Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der ein Substrat vom ersten Leitungstyp aufweist, mit einer daran angrenzenden Zone vom ersten Leitungstyp, die schwächer als das Substrat dotiert ist und die an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers angrenzt, mit einer in die erste Zone planar eingebetteten zweiten Zone vom zweiten Leitungstyp und einer in die zweite Zone planar eingebetteten dritten Zone vom ersten Leitungstyp, mit einer sich zum Außenrand des Halbleiterkörpers verdickenden Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, auf der eine elektrisch mit der dritten Zone verbundene Feldelektrode derart angeordnet ist, daß sie über der ersten Zone zum Außenrand des Halbleiterkörpers hin wenigstens streckenweise einen wachsenden Abstand zur Oberfläche des Halbleiterkörpers hat.
Ein Halbleiterbauelement dieser Gattung ist beispielsweise in der DE-OS 30 12 430 beschrieben worden. Diese Halbleiterbauelemente haben mindestens eine treppenförmig ausgebildete Feldelektrode, deren Abstand sich zum Rand des Halbleiterkörpers stufenweise vergrößert. Mit dieser Lösung läßt sich eine Aufweitung der Äquipotentiallinien an der Oberfläche des Halbleiterkörpers erreichen mit dem Ziel, die Oberflächen-Durchbruchsspannung des Halbleiterbauelementes zu erhöhen. Es läßt sich jedoch nicht verhindern, daß an den senkrechten Kanten der Stufen Feldstärkeerhöhungen auftreten, die die Oberflächen-Durchbruchsspannung begrenzen.
Eine ideale Feldelektrode müßte daher zum Rand des Halbleiterbauelementes hin einen stetig anwachsenden Abstand zur Oberfläche des Halbleiterbauelementes haben, wie z. B. in IEDM 82-7, Seite 1.2 dargestellt. Die Voraussetzung für einen solchen stetigen Anstieg der Feldelektrode ist jedoch eine entsprechend strukturierte Isolierschicht, deren Dicke zum Rand des Halbleiterbauelementes hin stetig zunimmt. Ein reproduzierbares, für hohe Stückzahlen einsetzbares Verfahren zum Herstellen einer solchen Isolierschicht ist jedoch bisher nicht bekanntgeworden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der erwähnten Gattung anzugeben, bei dem der Verlauf der Feldelektrode dem erwähnten idealen Verlauf wenigstens angenähert ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine Glasschicht enthält, daß das Glas ein Phosphorsilikatglas oder ein Bor-Phosphorsilikatglas ist, daß die Glasschicht lateral gesehen zwischen dem Außenrand des Halbleiterkörpers und den planar eingebetteten Zonen liegt und daß sie mindestens eine einzige zum Außenrand des Halbleiterkörpers ansteigende Flanke hat.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Diese Figuren zeigen Schnitte durch diese Ausführungsbeispiele.
Das Halbleiterbauelement nach Fig. 1 weist ein Substrat 1 vom ersten Leitungstyp auf. Es ist beispielsweise stark n-dotiert. Das Substrat 1 trägt eine erste Zone 2 vom ersten Leitungstyp, die gegenüber dem Substrat schwächer dotiert ist. In der ersten Zone 2 ist eine zweite Zone 3 vom zweiten Leitungstyp planar eingebettet. Sie besteht aus einem stark p-dotierten wannenförmigen Mittelteil größerer Dicke und einem schwach p-dotierten, die Gatezone bildenden Teil geringerer Dicke. In der zweiten Zone 3 ist eine dritte Zone 4 planar eingebettet, die vom ersten Leitungstyp und stärker dotiert als die erste Zone 2 ist.
Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers ist eine Isolierschicht 5 angeordnet, die üblicherweise aus thermisch erzeugten Siliciumdioxid SiO2 besteht. Über der Gatezone ist die Isolierschicht 5 als Gateoxid dünner ausgebildet.
Dieser Teil ist mit 18 bezeichnet. An dem den Rand 7 des Halbleiterkörpers benachbarten Ende der Isolierschicht 5 ist eine Channel-Stopper-Elektrode 14 angeordnet, die durch die Isolierschicht 5 gegen die Oberfläche des Halbleiterkörpers elektrisch isoliert ist. Um einen günstigen Verlauf der Äquipotentiallinien am Rand des Halbleiterbauelementes zu erreichen, kann die Channel-Stopper-Elektrode 14 mit zwei Stufen 15, 16 bzw. mit mehreren Stufen versehen sein, die in Richtung zum Inneren des Halbleiterbauelementes einen zunehmenden Abstand zur Oberfläche des Halbleiterkörpers aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Isolierschicht 5 am dem Rand 7 zugekehrten Ende mit einem dünneren Teil 19 versehen.
Die Gatezone ist von einer z. B. aus polykristallinem Silicium bestehenden Gateelektrode 10 überdeckt, die auf der Isolierschicht 5 sitzt. Zur Verbesserung des Verlaufs der Äquipotentiallinien im Bereich unter der Gateelektrode 10 kann diese beispielsweise zwei Stufen 11, 12 aufweisen, von denen die näher am Rand liegende Stufe 12 einen größeren Abstand zur Oberfläche des Halbleiterkörpers hat als die Stufe 11. Die Stufe 12 wirkt hier als Feldelektrode.
Ein Teil der Oberfläche der Isolierschicht 5 ist mit einer Schicht 6 aus einem Phosphorsilikatglas oder einem Bor-Phosphorsilikatglas bedeckt. Diese Schicht enthält einen hohen Anteil an Phosphor und/oder Bor von beispielsweise 1 bis 5 %. Die Zugabe dieser Dotierstoffe zu Glas verbessert die Fließeigenschaften des Glases derart, daß beim Erhitzen auf 800 bis 1100 0C neben Verrundungen in anderen Gebieten eine schräge Flanke 8 entsteht, die zum Inneren des Halbleiterbauelementes hin stetig abfällt. Das Glas wird dazu zweckmäßigerweise vor dem Erhitzen zwischen der Glasschicht 6 und der Gateelektrode 10 bis auf die Isolierschicht 5 derart abgeätzt, daß nach dem Fließen der Glasschicht zwischen der Flanke 8 und der Gateelektrode 10 eine Fläche liegt, die nicht von Glas bedeckt ist.
Die Flanke 8 hat dort, wo die erste Zone 2 an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt, einen zum Rand 7 hin stetig ansteigenden Verlauf und ermöglicht einen stetig größer werdenden Abstand der Feldelektrode von der Oberfläche des Halbleiterkörpers.
Über der Glasschicht 6, der Isolierschicht 5 und der Gateelektrode 10 ist eine weitere Isolierschicht 9 angeordnet, die beispielsweise aus chemisch abgeschiedenem Siliciumdioxid SiO2 besteht. Auf der Isolierschicht 9 liegt dann die eigentliche Feldelektrode 17, die beispielsweise aus Aluminium besteht. Die Feldelektrode ist Teil einer Sourceelektrode, die mit der zweiten Zone 3 und der dritten Zone 4 elektrisch verbunden ist. Die Feldelektrode 17 kann die Channel-Stopper-Elektrode 14 überlappen oder sie kann, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, bereits vorher enden.
Die Glasschicht 6 hat eine Dicke a, die je nach Sperrspannung des Halbleiterbauelementes zwischen 2 und 10 #m liegt. Der Abstand b zwischen dem Fuß der Glasschicht und der Feldelektrode (11, 12) ist mindestens so groß wie die Dicke a. Damit kommt die Feldelektrode 17 voll zur Wirkung.
In Fig. 2 ist ein Halbleiterbauelement dargestellt, das sich von dem nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die Glasschicht 20 mit mehreren zum Rand 7 ansteigenden Flanken 21, 22 und 23 versehen ist. Diese Flanken werden in der Praxis durch Abscheiden mehrerer Glasschichten und durch mehrere Photoschritte erzielt. Die Glasschichten werden anschließend gemeinsam auf die oben erwähnten Temperaturen zwischen 800 und 1100 0C erwärmt. Damit bilden sich mehrere sanft verrundete Flanken an der den Zonen 3, 4 zugewandten Seite der Glasschicht 20 aus. Die Dikke a der Glasschicht 20 kann ebenfalls zwischen 2 und 10 #m liegen.
Die beschriebenen Halbleiterbauelemente werden im wesentlichen durch an sich bekannte Photolithographieverfahren, Ätzverfahren und Dotierverfahren hergestellt. Die Glasschicht 6 bzw. die verschiedenen Schichten der Glasschicht 20 können beispielsweise aus dem Plasma oder pyrolytisch abgeschieden werden. Dabei bedecken die Glasschichten die ganze Oberfläche des Halbleiterkörpers. Anschließend werden die Glasschichten durch bekannte Ätzverfahren geätzt, bis die Oberfläche der Isolierschicht 5 und das Polysilicium der Gateelektrode zutage tritt. Dann wird der Ätzvorgang beendet und die Glasschichten werden, wie oben erwähnt, einer Temperatur zwischen 800 und 1100 0C ausgesetzt. Aufgrund der guten Fließeigenschaften der erwähnten Glassorten bilden sich dann die erwünschten schrägen Flanken mit sanften Übergängen aus.
Die Erfindung wurde anhand zweier Ausführungsbeispiele eines MOS-FET erläutert. Sie kann jedoch ohne weiteres auch für planare Bipolartransistoren angewandt werden.
Hierbei empfiehlt es sich auch, in der Nähe des Randes der planaren Basiszone eine der Gateelektrode 10 (Fig. 1, 2) entsprechende Feldelektrode anzuordnen, wenn höhere Sperrspannungen erwünscht sind.

Claims

Patentansprüche Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der ein Substrat vom ersten Leitungstyp aufweist, mit einer daran angrenzenden Zone vom ersten Leitungstyp, die schwächer als das Substrat dotiert ist und die an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers angrenzt, mit einer in die erste Zone planar eingebetteten zweiten Zone vom zweiten Leitungstyp und einer in die zweite Zone planar eingebetteten dritten Zone vom ersten Leitungstyp, mit einer sich zum Außenrand des Halbleiterkörpers verdickenden Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, auf der eine elektrisch mit der dritten Zone verbundene Feldelektrode derart angeordnet ist, daß sie über der ersten Zone zum Außenrand des Halbleiterkörpers hin wenigstens streckenweise einen wachsenden Abstand zur Oberfläche des Halbleiterkörpers hat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierschicht eine Glasschicht (6, 20) enthält, daß das Glas ein Phosphorsilikatglas oder ein Bor-Phosphorsilikatglas ist, daß die Glasschicht lateral gesehen zwischen dem Außenrand (7) des Halbleiterkörpers und den planar eingebetteten Zonen (3, 4) liegt und daß sie mindestens eine einzige zum Außenrand des Halbleiterkörpers ansteigende Flanke (8) hat.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Glasschicht mehrere zum Außenrand des Halbleiterkörpers ansteigende Flanken (21, 22, 23) hat.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Glasschicht (6, 20) auf einer Schicht (5) liegt, die aus thermisch gebildetem Siliciumdioxid besteht.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Glasschicht (6, 20) durch eine Schicht (9) aus chemisch abgeschiedenem Siliciumdioxid bedeckt ist.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis #, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der aus thermischem Siliciumdioxid bestehenden Schicht (5) lateral gesehen zwischen der Glasschicht (6) und den planaren Zonen (3, 4) eine Feldelektrode (11, 12) angeordnet ist.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feldelektrode mindestens zwei Stufen (11, 12) mit zum Außenrand (7) des Halbleiterkörpers zunehmendem Abstand zur Oberfläche des Halbleiterkörpers hat.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Feldelektrode aus polykristallinem Silicium besteht.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand (b) zwischen der Glasschicht (6, 20) und der Feldelektrode (11, 12) mindestens so groß wie die Dikke (a) der Glasschicht ist.