DE4036958C2 - Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Vermeidung von Feld­ konzentrationen in einem Halbleiterbauelement, das folgendes aufweist:
ein Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp;
eine erste Halbleiterzone vom zweiten Leitungstyp, die unter Bildung eines pn-Überganges auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
eine oberhalb der ersten Halbleiterzone über deren Endab­ schnitt verlaufende leitende Schicht;
eine auf dem Endabschnitt der ersten Halbleiterzone zwischen dieser und der leitenden Schicht gebildete Isolationsschicht; und
wenigstens eine in der Isolationsschicht gebildete leitende Platte im elektrischen Float-Zustand,
wobei die Feldkonzentrationen in dem unter der leitenden Schicht befindlichen Endabschnitt der ersten Halbleiterzone aufgrund von Einflüssen auftreten, die von einem elektrischen Feld der leitenden Schicht ausgeübt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstel­ lung von derartigen Strukturen zur Vermeidung von Feldkonzen­ trationen in einem Halbleiterbauelement der vorstehend ange­ gebenen Art.

Ein PWM-Wechselrichter ist allgemein als Schaltkreis zum Antreiben eines Verbrauchers, wie etwa eines bürstenlosen Motors bekannt. Fig. 1 ist ein schematisches Blockschalt­ bild, das eine Einzelphase eines solchen Pulswechselrich­ ters zeigt. Leistungsschalteinrichtungen wie MOS-Leistungs­ transistoren 2 und 3 sind in Totem-Pole-Schaltung zwischen eine Hochspannungsleitung 1 und Masse geschaltet. Ein Aus­ gang dieser Phase wird an der Verbindungsstelle zwischen den MOS-Leistungstransistoren 2 und 3 abgenommen und einem Verbraucher zugeführt. Treiberschaltungen 4 und 5 des obe­ ren und des unteren Zweigs empfangen Steuersignale für den oberen und den unteren Zweig von einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) zum Umformen der Steuersignale in Auftast­ signale zum Ein/Ausschalten der MOS-Leistungstransistoren 2 und 3 des oberen bzw. des unteren Zweigs und liefern diese Auftastsignale an die MOS-Leistungstransistoren 2 und 3.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Isolations/Trennungs-Zustand der auf einem Chip 6 gebildeten Treiberschaltungen 4 und 5 des oberen und unteren Zweigs. Die Treiberschaltung 4 des oberen Zweigs ist in einer Zone 8 geformt, die als Insel 7 gebildet ist, und die Treiberschaltung 5 des unteren Zweigs ist in einer Insel 9 geformt. Da der MOS-Leistungs­ transistor 2 des oberen Zweigs in einem Hochspannungsbe­ reich arbeitet und daher die Treiberschaltung 4 zum Treiben des MOS-Leistungstransistors 2 ebenfalls in einem Hoch­ spannungsbereich arbeiten muß, ist das Potential der Zone 8, die die Treiberschaltung 4 des oberen Zweigs aufweist, extrem hoch. Um eine ausreichende Durchbruchspannung sicherzustellen, ist daher die n⁻-leitende Zone 8 in der Insel 7 dadurch gebildet, daß sie von einem n⁺-leitenden vergrabenen Diffusionsbereich 10 und einem n-leitenden Diffusionsbereich 11 umschlossen ist, so daß die Treiber­ schaltung 4 des oberen Zweigs in dieser Zone 8 gebildet ist. Die Inseln 7 und 9 sind durch Trennen einer n⁻-lei­ tenden Epitaxialschicht, die auf einem p⁻-leitenden Halb­ leitersubstrat 12 gebildet ist, mittels eines p-leitendenen Trenndiffusionsbereichs 13 gebildet. Da eine Ein-Ausgangs- Aluminiumverdrahtung für die Zone 8 über einen Endbereich 7a verlaufen muß, muß der Endbereich 7a mit einer Struktur zur Verringerung eines von der Verdrahtung ausgehenden elektrischen Feldes versehen werden, um eine Verminderung der Durchbruchspannung aufgrund der Anwesenheit der Ver­ drahtung zu vermeiden.

Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Teil um den Endbereich 7a der Hochspannungsinsel 7 im einzelnen. Auf dem p⁻-leitenden Halbleitersubstrat 12 ist eine Isolationsschicht 14 gebil­ det, und auf der Isolationsschicht 14 ist eine Aluminium­ verdrahtung 15 gebildet. Die Aluminiumverdrahtung 15 ist mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 elektrisch ver­ bunden und verläuft in Richtung zu der Niederspannungsinsel 9 oberhalb der Hochspannungsinsel 7 über den Endbereich 7a der Insel 7. Leitende Platten 16a-16e aus Polysilizium sind in der Isolationsschicht 14 angeordnet, die unter der Alu­ miniumverdrahtung 15 liegt. Die äußerste linke und die äußerste rechte leitende Platte 16a und 16e sind mit dem p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 bzw. dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 verbunden, während die dazwischen befindlichen leitenden Platten 16b-16d in elektrisch floatendem Zustand gehalten sind. Die leitenden Platten 16a-16e sind so angeordnet, daß jeweils benachbarte Endabschnitte ein­ ander überlappen.

Das p⁻-leitende Halbleitersubstrat 12 und der p-leitende Trenndiffusionsbereich 13 liegen auf niedrigen Potentialen, während die Insel 7, die relativ dazu durch einen pn-Über­ gang getrennt ist, auf hohem Potential liegt. Daher gehen Verarmungsschichten von der pn-Übergangsgrenzschicht in zwei Richtungen aus, so daß der n⁻-leitende Bereich 7a, der eine besonders niedrige Störstellenkonzentration hat, vollstän­ dig verarmt ist. Die Strichlinien in Fig. 3 bezeichnen Äquipotentiallinien der Verarmungsschichten, die innerhalb der bidirektional von der pn-Übergangsgrenzschicht ausge­ henden Verarmungsschichten in die Insel 7 verlaufen.

Die leitende Platte 16a ist auf dem niedrigen Potential des p-leitenden Trenndiffusionsbereichs 13 fixiert, und die leitende Platte 16e ist auf dem hohen Potential des n-lei­ tenden Diffusionsbereichs 11 fixiert. Die floatenden lei­ tenden Platten 16b, 16c und 16d sind durch eine erste Kapazität zwischen den leitenden Platten 16a-16e und eine zweite Kapazität zwischen der Aluminiumverdrahtung 15 und den jeweiligen leitenden Platten 16a-16e auf bestimmte Potentiale fixiert. Es ist möglich, die Potentiale der leitenden Platten 16a-16e so zu fixieren, daß sie sich im wesent­ lichen linear von einem niedrigen zu einem hohen Pegel ändern, indem die erste und die zweite Kapazität optimiert werden. Es ist somit möglich, eine Konzentration elektri­ scher Felder zu vermeiden, die in dem Endbereich 7a der Insel 7, und zwar insbesondere auf seiner Oberfläche, durch den Einfluß eines elektrischen Feldes von der H-Potential- Aluminiumverdrahtung 15 hervorgerufen werden. Infolgedessen sind die Äquipotentiallinien in den Verarmungsschichten nicht in Richtung des p-leitenden Trenndiffusionsbereichs 13 auf der Oberfläche des des n⁻-leitenden Bereichs 7a konzentriert, sondern werden unter geeigneter Streuung verteilt, wie die Strichlinien in Fig. 3 zeigen. Somit wird die Durchbruchspannung der Insel 7, die in der im Hochspan­ nungsbereich arbeitenden Treiberschaltung 4 des oberen Zweigs vorgesehen ist, erhöht.

Bei dieser herkömmlichen Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauelement müssen einander benachbarte Paare von Endabschnitten der leitenden Platten 16a-16e einander überlappen, um eine Beeinflussung durch ein elektrisches Feld von der H-Potential-Aluminium­ verdrahtung 15 auszuschließen. Wenn die Endabschnitte ein­ ander nicht überlappen, wird die Kapazität an den leitenden Platten 16a-16e so extrem verringert, daß das Potential der floatenden leitenden Platte 16b oder 16c, das nahe der Niedrigpotentialseite liegt, übermäßig hoch wird oder das elektrische Feld von der H-Potential-Aluminiumverdrahtung 15 einen direkten Einfluß auf den n⁻-leitenden Bereich 7a ausübt. Infolgedessen wird eine Feldkonzentration auf der Oberfläche des n⁻-leitenden Bereichs 7a bewirkt, welche die Durchbruchspannung der Insel 7 herabsetzt.

Endabschnitte jedes benachbarten Paars von leitenden Plat­ ten müssen in verschiedenen vertikalen Positionen vorge­ sehen sein, so daß aneinandergrenzende Paare der Endab­ schnitte der leitenden Platten 16a-16e einander überlappen können. Es ist daher notwendig, zwei Schritte zur Bildung von Polysiliziumschichten für diese leitenden Platten aus­ zuführen. Dies gilt auch im Fall der Verwendung von Alu­ minium als Werkstoff für die leitenden Platten 16a-16e. Die Kapazität an den leitenden Platten 16a-16e ändert sich aufgrund von Beeinflussungen durch Maskenfehlausrichtungen, die sich aufgrund der zweifachen Strukturierung-er Poly­ siliziumschichten einstellen. Daher ist die herkömmliche Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauelement in bezug auf die Stabilität der Charakteristiken nur unzureichend (d. h. die Charakteristi­ ken streuen beträchtlich) aufgrund der komplizierten Her­ stellungsschritte, und die Ausbeutequote ist nicht optimal.

Eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist aus der Veröffent­ lichung "GESmart^TM MODULE SIMPLIFIES MOTOR DRIVE DESIGN" von Donald J. MacIntyre Jr. und George E. Danz bekannt, veröf­ fentlicht von General Electrical Company, Integrated Power Systems Department, Research Triangle Park, N.C., USA Mai 1987, wie sich aus den dortigen Fig. 1, 3, 6A und 6B mit zugehöriger Beschreibung ergibt.

Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Halbleiteranord­ nung handelt es sich um eine Struktur einer typischen inte­ grierten Schaltung, die als bekannt vorausgesetzt ist.

Eine herkömmliche Struktur gemäß der vorstehend beschriebenen Fig. 3 ist aus der Veröffentlichung "850V NMOS Driver with Active Outputs" von Russel A. Martin et al., Xerox Microelec­ tronics Center, El Segundo, CA, USA, EDM 1984, Seiten 266 bis 269, insbesondere der dortigen Fig. 3 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauele­ ment sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur anzugeben, mit denen in besonders wirksamer Weise derartige Feldkonzentrationen vermieden werden können, wobei die Struktur mit einfachen Herstellungsschritten und unter Erzielung von stabilen Charakteristiken herstellbar sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Struktur der eingangs genannten Art anzugeben, die gekennzeichnet ist durch wenigstens eine Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp, die in einer Oberfläche des Endabschnitts der ersten Halblei­ terzone gebildet und abwechselnd aufeinanderfolgend mit den jeweiligen leitenden Platten so angeordnet ist, daß Endab­ schnitte der leitenden Platten und der zweiten Halbleiterzone einander überlappen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Struktur ist vorgese­ hen, daß die erste Halbleiterzone einen Bereich einer auf das Halbleitersubstrat aufgewachsenen Epitaxialschicht aufweist, und daß in der Epitaxialschicht ein erster Diffusionsbereich vom ersten Leitungstyp gebildet ist, der von der Oberseite der Epitaxialschicht zu dem Halbleitersubstrat verläuft.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Struktur ist vorgese­ hen, daß das Halbleiterelement ferner folgendes aufweist: eine in der Mitte einer Grenzschicht zwischen dem Halbleiter­ substrat und der ersten Halbleiterzone gebildete vergrabene Schicht vom zweiten Leitungstyp mit einer Störstellenkonzen­ tration, die größer als die der ersten Halbleiterzone ist, und
einen in der ersten Halbleiterzone gebildeten zweiten Diffu­ sionsbereich vom zweiten Leitungstyp mit einer Störstellen­ konzentration, die größer als die der ersten Halbleiterzone ist, wobei der zweite Diffusionsbereich von der Oberseite der ersten Halbleiterzone zu der vergrabenen Schicht verläuft und einen Teil der ersten Halbleiterzone auf der vergrabenen Schicht umgibt.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Struktur ist vorgesehen, daß die leitende Platte aus einer Vielzahl von leitenden Platten besteht, von denen zumindest einige in elektrischen Float-Zustand sind. In Weiterbildung dieser speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Endplatte der leitenden Platten mit dem ersten Diffusionsbe­ reich elektrisch verbunden ist. In Weiterbildung dieser speziellen Ausführungsform ist wiederum vorgesehen, daß eine weitere Endplatte der leitenden Platten mit dem zweiten Diffusionsbereich elektrisch verbunden ist.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Struktur ist vorgese­ hen, daß die zweite Halbleiterzone eine Vielzahl von zweiten Halbleiterzonen aufweist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Struktur ist vorgesehen, daß die Kapazitäten der kapazitiven Kopplung der leitenden Platten und der zweiten Halbleiterzo­ nen so eingestellt sind, daß sich Potentiale der leitenden Platten und der zweiten Halbleiterzonen im wesentlichen li­ near von einem Niedrigpegel zu einem Hochpegel ändern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Struktur der eingangs genannten Art zur Vermeidung von Feldkonzentra­ tionen in einem Halbleiterbauelement ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden einer ersten Isolationsschicht auf dem Endabschnitt der ersten Halbleiterzone;
Bilden wenigstens einer leitenden Platte auf der ersten Iso­ lationsschicht;
Einbringen von Störstellen in die erste Halbleiterzone in einer Oberfläche des Endabschnitts der ersten Halbleiterzone unter Nutzung der jeweiligen leitenden Platten als Maske zur Bildung wenigstens einer zweiten Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp, die abwechselnd aufeinanderfolgend mit den je­ weiligen leitenden Platten so angeordnet werden, daß End­ abschnitte der jeweiligen leitenden Platten und der zweiten Halbleiterzone einander überlappen;
Bilden einer zweiten Isolationsschicht über der ersten Isola­ tionsschicht und den jeweiligen leitenden Platten und Bilden der leitenden Schicht auf der zweiten Isolations­ schicht.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorge­ sehen, daß auf dem Halbleitersubstrat eine Epitaxialschicht und in der Epitaxialschicht ein erster Diffusionsbereich vom ersten Leitungstyp gebildet werden, der von einer Oberfläche der Epitaxialschicht zu dem Halbleitersubstrat verläuft, wo­ bei in einem Bereich der Epitaxialschicht die erste Halblei­ terzone gebildet wird, und daß der Schritt der Bildung wenig­ stens einer leitenden Platte den Schritt der Bildung einer Vielzahl von leitenden Platten umfaßt, von denen eine Endplatte mit dem ersten Diffusionsbereich elek­ trisch verbunden wird.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiter­ hin vorgesehen, daß eine vergrabene Schicht vom zweiten Lei­ tungstyp, deren Störstellenkonzentration größer als die der ersten Halbleiterzone ist, in der Mitte einer Grenzschicht zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterzone gebildet wird, daß in der ersten Halbleiterzone ein zweiter Diffusionsbereich vom zweiten Leitungstyp gebildet wird, dessen Störstellenkonzentration größer als der der ersten Halbleiterzone ist und der von einer Oberfläche der ersten Halbleiterzone zu der vergrabenen Schicht verläuft und einen Teil der ersten Halbleiterzone auf der vergrabenen Schicht umgibt, und daß eine weitere Endplatte der leitenden Platten mit dem zweiten Diffusionsbereich elektrisch verbunden wird.

Bei der Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen entsprechend der Erfindung sind leitende Platten und eine zweite Halbleiterzone, eine leitende Schicht und die lei­ tenden Platten sowie die leitende Schicht und die zweite Halbleiterzone miteinander kapazitiv gekoppelt. Die lei­ tenden Platten und die zweite Halbleiterzone sind auf Po­ tentiale gelegt , die Kapazitäten der kapazitiven Kopplung, d. h. Kapazitäten zwischen der leitenden Schicht, den lei­ tenden Platten und der zweiten Halbleiterzone, entsprechen. Feldkonzentrationen, die in einem Endabschnitt einer ersten Halbleiterzone hervorgerufen werden, können durch Optimie­ rung dieser Kapazitäten vermieden werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen wird eine zweite Halbleiterzone in selbstausrichtender Weise mit Masken von leitenden Platten gebildet. Somit ergibt sich keine Fehlausrichtung, und eine stabile Kapazität kann regelmäßig zwischen den leitenden Platten und der Halblei­ terzone erhalten werden. Außerdem können die leitenden Platten in einem einzigen Schritt gebildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einzelphase einer konventionellen PWM-Wechselrichterschaltung;

Fig. 2 einen Schnitt, der einen Isolations/Trennungs- Zustand einer Hochpotential-Insel und einer Niedrigpotential-Insel zeigt;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine herkömmliche Struk­ tur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Struktur nach der Erfindung zur Vermei­ dung von Feldkonzentrationen;

Fig. 5A bis 5F Schnitte, die den Vorgang der Herstellung der Struktur von Fig. 4 zeigen; und

Fig. 6 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Struktur nach der Erfindung zur Vermeidung von Feldkonzentrationen;

Fig. 4 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Struk­ tur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halb­ leiterbauelement. Auf einem p⁻-leitenden Halbleitersubstrat 12 ist eine Insel 7 vorgesehen, die durch einen p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 getrennt ist. Diese Insel 7 weist einen n⁻-leitenden Bereich 8 auf, der von einem n⁺-leiten­ den vergrabenen Diffusionsbereich 10 und einem n-leitenden Diffusionsbereich 11 umschlossen ist, so daß beispielsweise die Treiberschaltung 4 des oberen Zweigs gemäß Fig. 1, die in einem Hochspannungsbereich arbeitet, in dem n⁻-leitenden Bereich 8 gebildet ist. Ein Paar von p-leitenden Diffu­ sionsbereichen 18a und 18b ist in der Oberfläche eines End­ bereichs 7a der Insel 7 gebildet.

Eine Isolationsschicht 14 ist über der Insel 7 und dem p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 gebildet, und eine leitende Schicht wie etwa eine Aluminiumverdrahtung 15 ist auf der Isolationsschicht 14 gebildet. Die Aluminiumver­ drahtung 15 ist mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 elektrisch verbunden und erstreckt sich zu einer Niedrig­ spannungsinsel (nicht gezeigt), wie etwa der Insel 9 von Fig. 2 oberhalb der die Hochspannung haltenden Insel 7 über deren Endbereich 7a. In der unter der Aluminiumverdrahtung 15 gebildeten Isolationsschicht 14 sind leitende Platten 17a-17c vorgesehen, die aus einem leitfähigen Werkstoff wie Polysilizium, Aluminium oder dergleichen bestehen. Die linke und die rechte leitende Platte 17a und 17c sind mit dem p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 bzw. mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 verbunden, während die dazwischen befindliche leitende Platte 17b elektrisch floatend gehalten ist. Die leitenden Platten 17a-17c und die p-leitenden Diffusionsbereiche 18a und 18b sind abwech­ selnd aufeinanderfolgend angeordnet und so ausgerichtet, daß jeweils benachbarte Paare ihrer Endabschnitte einander überlappen.

Das p⁻-leitende Halbleitersubstrat 12 und der p-leitende Trenndiffusionsbereich 13 liegen auf niedrigen Potentialen, während die Insel 7, die davon durch einen pn-Übergang ge­ trennt ist, auf einem hohen Potential liegt. Daher gehen von der pn-Übergangsgrenzschicht Verarmungsschichten in zwei Richtungen aus, so daß der n⁻-leitende Bereich 7a mit be­ sonders niedriger Störstellenkonzentration vollständig ver­ armt ist. Die Strichlinien in Fig. 4 sind Äquipotential­ linien von Verarmungsschichten, die in die Insel 7 inner­ halb derjenigen verlaufen, die in zwei Richtungen von der pn-Übergangsgrenzschicht ausgehen.

Die leitende Platte 17a ist auf dem Niedrigpotential des p-leitenden Trenndiffusionsbereichs 13 fixiert, und die leitende Platte 17c ist auf dem Hochpotential des n-lei­ tenden Diffusionsbereichs 11 fixiert. Jedes benachbarte Paar von leitenden Platten 17a, 17b und 17c und die p-lei­ tenden Diffusionsbereiche 18a und 18b, die Aluminiumver­ drahtung 15 und jede leitende Platte 17a, 17b und 17c sowie die Aluminiumverdrahtung 15 und jeder der p-leitenden Dif­ fusionsbereiche 18a und 18b sind durch dazwischen vorhan­ dene Kapazitäten kapazitiv gekoppelt. Somit sind die floatende leitende Platte 17b und die p-leitenden Diffu­ sionsbereiche 18a und 18b, die ebenfalls floaten, auf be­ stimmten Potentialen entsprechend den Kapazitäten dieser kapazitiven Kopplung fixiert.

Es ist möglich, die Potentiale der leitenden Platten 17a-17c und der p-leitenden Diffusionsbereichs 18a und 18b so zu fixieren, daß sie sich im wesentlichen linear von einem Niedrig- zu einem Hochpegel ändern, indem die Kapa­ zitäten der vorgenannten kapazitiven Kopplung optimiert werden. Damit ist es möglich, eine Konzentration elektri­ scher Felder zu vermeiden, die im Endbereich 7a der Insel 7 insbesondere auf ihrer Oberfläche aufgrund von Einflüssen entstehen, die von einem elektrischen Feld von der H-Po­ tential-Aluminiumverdrahtung 15 ausgehen. Infolgedessen sind die Äquipotentiallinien in den Verarmungsschichten nicht in Richtung zum p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 auf der Oberfläche des n⁻-leitenden Bereichs 7a konzen­ triert, sondern werden unter geeigneter Ausbreitung ent­ sprechend den Strichlinien in Fig. 4 verteilt. Somit ist es möglich, die Durchbruchspannung der Insel 7, die beispiels­ weise mit der im Hochspannungsbereich arbeitenden Treiber­ schaltung 4 des oberen Zweigs nach Fig. 1 versehen ist, zu erhöhen.

Die Schnitte der Fig. 5A-5F zeigen ein Verfahren zur Her­ stellung der Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentra­ tionen nach Fig. 4. Wie Fig. 5A zeigt, werden einen vor­ bestimmten Bereich eines ph-leitenden Halbleitersubstrats 12 hochkonzentrierte n-leitende Störstellen eingebaut, und darauf wird eine n⁻-leitende Halbleiterschicht epi­ taxial zum Aufwachsen gebracht unter Bildung eines epi­ taxialen Substrats, das eine auf dem p⁻-leitenden Halblei­ tersubstrat 12 gebildete n⁻-leitende Epitaxialschicht 19 und eine in einem vorbestimmten Bereich der dazwischen befindlichen pn-Übergangsgrenzschicht gebildete vergrabene n⁺-leitende Diffusionsschicht 10 umfaßt.

Nach Fig. 5B wird dann ein p-leitender Trenndiffusionsbe­ reich 13 durch selektives Eindiffundieren von p-leitenden Störstellen unter Ausbildung einer Insel 7 gebildet. Ein n-leitender Diffusionsbereich 11 wird in der Insel 7 durch selektives Eindiffundieren von n-leitenden Störstellen gebildet unter Erhalt eines n⁻-leitenden Bereichs 8, der von der n⁺-leitenden vergrabenen Diffusionsschicht 10 und dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 umgeben ist. Eine Siliziumoxidschicht 20 wird über der Insel 7 und dem p-lei­ tenden Trenndiffusionsbereich 13 gebildet und strukturiert, so daß Kontaktöffnungen 21 gebildet werden. Danach wird über der Gesamtoberfläche eine leitende Schicht 22 aus einem Leitermaterial wie Polysilizium oder Aluminium ge­ bildet.

Nach Fig. 5C werden dann auf der leitenden Schicht 22 Re­ siststrukturen 23 gebildet, um die leitende Schicht 22 mit Masken der Resiststrukturen 23 wegzuätzen, so daß leitende Platten 17a, 17b und 17c gebildet werden. Die leitenden Platten 17a und 17c sind mit dem p-leitenden Trenndiffu­ sionsbereich 13 bzw. mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 über die Kontaktöffnungen 21 verbunden. Dann wird als Maske für den nächsten Schritt der Ionenimplantation eine Resiststruktur 24 gebildet.

Dann werden die leitenden Platten 17a, 17b und 17c (und die darauf gebildeten Resiststrukturen 23) und die Resiststruk­ tur 24 als Masken zur Ionenimplantation von p-leitenden Störstellen, wie etwa Bor in den n⁻-leitenden Bereich 7a ver­ wendet. Die Resiststrukturen 23 und 24 werden entfernt, und dann wird die Anordnung ausgeheizt unter Bildung von p-Iei­ tenden Diffusionsbereichen 18a und 18b in dem n⁻-leitenden Bereich 7a, wie Fig. 5D zeigt.

Nach Fig. 5E wird dann auf der Gesamtoberfläche eine Pas­ sivierungsoxidschicht 25 gebildet, und eine Kontaktöffnung 26 wird fotolithografisch auf dem n-leitenden Diffusions­ bereich 11 gebildet. Schließlich wird ein Al-Si-Sputter­ vorgang ausgeführt, um auf der Passivierungsoxidschicht 25 eine Aluminiumverdrahtung 15 zu bilden, wie Fig. 5F zeigt. Diese Aluminiumverdrahtung 15 ist durch eine Isolations­ schicht (entsprechend der Isolationsschicht 14 von Fig. 4) isoliert, die von der Siliziumoxidschicht 20 und der Pas­ sivierungsoxidschicht 25 gebildet ist, jedoch über die Kontaktöffnung 26 mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 verbunden ist.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel kann die leitende Schicht 22 aus Polysilizium oder Aluminium zur Bildung der leitenden Platten 17a, 17b und 17c nur mit dem einzigen Schritt gemäß Fig. 5B gebildet werden. Da die p-leitenden Diffusionsbereiche 18a und 18b in selbstausrichtender Weise durch Masken der leitenden Platten 17a, 17b und 17c gebil­ det werden, tritt keine Fehlausrichtung auf, und Endab­ schnitte jedes benachbarten Paars der leitenden Platten 17a, 17b und 17c und der p-leitenden Diffusionsbereiche 18a und 18b überlappen einander zwangsläufig entsprechend den Eindiffundierbedingungen wie etwa den Eindiffundierzeiten. Eine solche Überlappung kann durch die Eindiffundierbedin­ gungen exakt eingestellt werden. Dadurch kann zwischen den leitenden Platten 17a, 17b und 17c und den p-leitenden Diffusionsbereichen 18a und 18b regelmäßig eine stabile Kapazität erreicht werden, und die Charakteristiken der Vermeidung von Feldkonzentrationen können ohne Abweichungen stabilisiert werden.

Der Schnitt von Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbei­ spiel der Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen.

Dabei erreichen Strukturen kapazitiver Kopplung der lei­ tenden Platten 17a, 17b und 17c und der p-leitenden Dif­ fusionsbereiche 18a und 18b einen n-leitenden H-Potential- Diffusionsbereich 11 nicht, sondern enden an einer Zwi­ schenposition eines n⁻-leitenden Bereichs 7a. Daher ist die ganz rechts liegende leitende Platte 17c nicht mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 verbunden, sondern befin­ det sich in einem Float-Zustand. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist es aber möglich, Potentiale der leitenden Platten 17a-17c und die p-leitenden Diffusionsbereiche 18a und 18b auf eine im wesentlichen lineare Änderung von einem Niedrig- zu einem Hochpegel zu fixieren, indem die jewei­ ligen Kapazitäten der kapazitiven Kopplung ähnlich wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel optimiert werden. Es ist somit möglich, eine Konzentration elektrischer Felder im Endabschnitt 7a einer Insel 7, insbesondere auf dessen Oberfläche, die durch den Einfluß eines elektrischen Feldes von einer H-Potential-Aluminiumverdrahtung 15 hervorgerufen sind, zu vermeiden.

Wenn die Kapazität zwischen der ganz linken leitenden Plat­ te 17a und einem p-leitenden Trenndiffusionsbereich 13 extrem hoch werden kann, um eine starke kapazitive Kopp­ lung zu erzielen, kann die leitende Platte 17a ähnlich wie die leitende Platte 17c des Ausführungsbeispiels von Fig. 6 ebenfalls in einen Float-Zustand gebracht werden.

Die Aluminiumverdrahtung 15 ist zwar bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele mit dem n-leitenden Diffusionsbereich 11 der Insel 7 verbunden, die Erfindung ist aber nicht auf eine solche Verbindung mit der Insel 7 beschränkt, sondern bei jedem solchen Fall anwendbar, in dem eine leitende Schicht mit einem Potential, das im wesentlichen mit dem­ jenigen der Insel 7 identisch ist, oberhalb der Insel 7 über deren Endabschnitt verläuft.

Claims (13)

1. Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauelement, das folgendes aufweist:

• - ein Halbleitersubstrat (12) vom ersten Leitungstyp,
• - eine erste Halbleiterzone (7) vom zweiten Leitungstyp, die unter Bildung eines pn-Übergangs auf dem Halb­ leitersubstrat (12) ausgebildet ist,
• - eine oberhalb der ersten Halbleiterzone (7) über deren Endabschnitt verlaufende leitende Schicht (15),
• - eine auf dem Endabschnitt der ersten Halbleiterzone (7) zwischen dieser und der leitenden Schicht (15) ge­ bildete Isolationsschicht (14) und
• - wenigstens eine in der Isolationsschicht (14) gebil­ dete leitende Platte (17b) im elektrischen Float-Zu­ stand,
• - wobei die Feldkonzentrationen in dem unter der leiten­ den Schicht (15) befindlichen Endabschnitt der ersten Halbleiterzone (7) aufgrund von Einflüssen auftreten, die von einem elektrischen Feld der leitenden Schicht (15) ausgeübt werden,

gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite Halbleiterzone (18a, 18b) vom er­ sten Leitungstyp, die in einer Oberfläche des Endab­ schnitts der ersten Halbleiterzone (7) gebildet und ab­ wechselnd aufeinanderfolgend mit den jeweiligen leitenden Platten (17a bis 17c) so angeordnet ist, daß Endab­ schnitte der leitenden Platten (17a bis 17c) und der zweiten Halbleiterzone (18a, 18b) einander überlappen.

2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Halbleiterzone (7) einen Bereich einer auf das Halbleitersubstrat (12) aufgewachsenen Epitaxial­ schicht (19) aufweist
und daß in der Epitaxialschicht (19) ein erster Diffusi­ onsbereich (13) vom ersten Leitungstyp gebildet ist, der von der Oberseite der Epitaxialschicht (19) zu dem Halb­ leitersubstrat (12) verläuft.

3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterbauelement ferner folgendes aufweist:

• - eine in der Mitte einer Grenzschicht zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der ersten Halbleiterzone (7) gebildete vergrabene Schicht (10) vom zweiten Lei­ tungstyp mit einer Störstellenkonzentration, die grö­ ßer als die der ersten Halbleiterzone (7) ist, und
• - einen in der ersten Halbleiterzone (7) gebildeten zweiten Diffusionsbereich (11) vom zweiten Leitungstyp mit einer Störstellenkonzentration, die größer als die der ersten Halbleiterzone (7) ist, wobei der zweite Diffusionsbereich (11) von der Oberseite der ersten Halbleiterzone (7) zu der vergrabenen Schicht (10) verläuft und einen Teil der ersten Halbleiterzone (7) auf der vergrabenen Schicht (10) umgibt.

4. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Platte aus einer Vielzahl von leitenden Platten (17a bis 17c) besteht, von denen zumindest einige im elektrischen Float-Zustand sind.

5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endplatte (17a) der leitenden Platten (17a bis 17c) mit dem ersten Diffusionsbereich (13) elektrisch verbunden ist.

6. Struktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Endplatte (17c) der leitenden Platten (17a bis 17c) mit dem zweiten Diffusionsbereich (11) elektrisch verbunden ist.

7. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterzone eine Vielzahl von zweiten Halbleiterzonen (18a, 18b) aufweist.

8. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten der kapazitiven Kopplung der leiten­ den Platten (17a bis 17c) und der zweiten Halbleiterzonen (18a, 18b) so eingestellt sind, daß sich Potentiale der leitenden Platten (17a bis 17c ) und der zweiten Halblei­ terzonen (18a, 18b) im wesentlichen linear von einem Niedrigpegel zu einem Hochpegel ändern.

9. Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur Vermeidung von Feldkonzentrationen in einem Halbleiterbauelement, das folgendes aufweist:

• - ein Halbleitersubstrat (12) vom ersten Leitungstyp,
• - eine erste Halbleiterzone (7) vom zweiten Leitungstyp, die unter Bildung eines pn-Überganges auf dem Halblei­ tersubstrat (12) gebildet ist,
• - eine oberhalb der ersten Halbleiterzone (7) über deren Endabschnitt verlaufende leitende Schicht (15),
• - eine auf dem Endabschnitt der ersten Halbleiterzone (7) zwischen dieser und der leitenden Schicht (15) ge­ bildete Isolationsschicht (14) und
• - wenigstens eine in der Isolationsschicht (14) gebil­ dete leitende Platte (17b) im elektrischen Float-Zu­ stand,
• - wobei die Feldkonzentrationen in dem unter der leiten­ den Schicht (15) befindlichen Endabschnitt der ersten Halbleiterzone (7) aufgrund von Einflüssen auftreten, die von einem elektrischen Feld der leitenden Schicht (15) ausgeübt werden,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Bilden einer ersten Isolationsschicht (20) auf dem Endabschnitt der ersten Halbleiterzone (7);
• - Bilden wenigstens einer leitenden Platte (17a bis 17c) auf der ersten Isolationsschicht (20);
• - Einbringen von Störstellen in die erste Halbleiterzone (7) in einer Oberfläche des Endabschnitts der ersten Halbleiterzone (7) unter Nutzung der jeweiligen lei­ tenden Platten (17a bis 17c) als Maske zur Bildung we­ nigstens einer zweiten Halbleiterzone (18a, 18b) vom ersten Leitungstyp, die abwechselnd aufeinanderfolgend mit den jeweiligen leitenden Platten (17a bis 17c) so angeordnet werden, daß Endabschnitte der jeweiligen leitenden Platten (17a bis 17c) und der zweiten Halb­ leiterzone (18a, 18b) einander überlappen;
• - Bilden einer zweiten Isolationsschicht (25) über der ersten Isolationsschicht (20) und den jeweiligen lei­ tenden Platten (17a bis 17c) und
• - Bilden der leitenden Schicht (15) auf der zweiten Iso­ lationsschicht (25).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Halbleitersubstrat (12) eine Epitaxial­ schicht (19) und in der Epitaxialschicht (19) ein erster Diffusionsbereich (13) vom ersten Leitungstyp gebildet werden, der von einer Oberfläche der Epitaxialschicht (19) zu dem Halbleitersubstrat (12) verläuft, wobei in einem Bereich der Epitaxialschicht (19) die erste Halb­ leiterzone (7) gebildet wird,
und daß der Schritt der Bildung wenigstens einer leiten­ den Platte (17a bis 17c) den Schritt der Bildung einer Vielzahl von leitenden Platten (17a bis 17c) umfaßt, von denen eine Endplatte (17a) mit dem ersten Diffusionsbe­ reich (13) elektrisch verbunden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine vergrabene Schicht (10) vom zweiten Leitungs­ typ, deren Störstellenkonzentration größer als die der ersten Halbleiterzone (7) ist, in der Mitte einer Grenz­ schicht zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der er­ sten Halbleiterzone (7) gebildet wird,
daß in der ersten Halbleiterzone (7) ein zweiter Diffu­ sionsbereich (11) vom zweiten Leitungstyp gebildet wird, dessen Störstellenkonzentration größer als die der ersten Halbleiterzone (7) ist und der von einer Oberfläche der ersten Halbleiterzone (7) zu der vergrabenen Schicht (10) verläuft und einen Teil der ersten Halbleiterzone (7) auf der vergrabenen Schicht (10) umgibt,
und daß eine weitere Endplatte (17c) der leitenden Plat­ ten (17a bis 17c) mit dem zweiten Diffusionsbereich (11) elektrisch verbunden wird.