DE4336054A1 - Monolithisch integriertes p-Kanal-Hochspannungs-Bauelement - Google Patents
Monolithisch integriertes p-Kanal-Hochspannungs-BauelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein monolithisch integrier
tes p-Kanal-Hochspannungs-Bauelement, bei dem die
Gate-Anschlußklemme eine in Richtung einer Drain-
Anschlußklemme weisende Gateoxid/Feldoxid-Stufe
aufweist.
Es ist bekannt, bei sogenannten lateralen monoli
thisch integrierten p-Kanal-Hochspannungs-Bauele
menten die an der Drain-Anschlußklemme angeschlos
sene p-Kanal-Hochspannungs-Bauelement-Struktur von
einem hochdotierten p⁺-Bereich in einen niedrigeren
dotierten p⁻-Bereich übergehen zu lassen. Der p⁻-
Bereich muß dabei unterhalb des Gateoxids der Gate-
Anschlußklemme liegen. Damit dieses Bauelement
hochspannungsfähig ist, ist es notwendig, daß sich
der unter dem Gateoxid liegende p⁻-Bereich genügend
verarmt, das heißt die Zahl an positiven
Ladungsträgern verringert ist. Hierdurch wird eine
hohe elektrische Feldstärke zwischen dem p⁻-Bereich
und der Gate-Anschlußklemme in dem Gateoxid ver
mieden. Sollte dieser weniger dotierte p⁻-Bereich
nicht vorhanden sein, besteht die Gefahr, daß aus
der p-Struktur heiße Ladungsträger in das Gateoxid
gelangen und damit dessen Lebensdauer verringern
bzw. gegebenenfalls dieses sogar zerstören. Um
diese Beeinflussung des Gateoxids zu vermeiden, ist
es bereits bekannt, die Gate-Anschlußklemme mit
einer Gateoxid/Feldoxid-Stufe auszubilden, wobei
der p⁻-Bereich der an das Drain angeschlossenen p-
Struktur unterhalb des Feldoxids der Gate
oxid/Feldoxid-Stufe angeordnet ist. Hiermit wird
einem unerwünschten Ladungsträgeraustausch zwischen
der p-Struktur und der Gate-Anschlußklemme durch
das Oxid entgegengewirkt, da das Feldoxid als zu
sätzliche Zwischenschicht zwischen beiden angeord
net ist. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß es bei
der Herstellung einer solchen lateralen Hoch
spannungs-Bauelemente-Struktur zu Justiertoleranzen
zwischen dem p⁻-Bereich und der Gateoxid/Feldoxid-
Stufe kommen kann. Um diese Toleranzen auszu
gleichen, ist man gezwungen, die Struktur so zu
entwerfen, daß bei einem optimal justierten Bau
element der p⁻-Bereich relativ weit unter das
Gateoxid diffundiert und damit in jedem Fall die
Gateoxid/Feldoxid-Stufe der Gate-Anschlußklemme
übergreift. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß
diese Struktur unter Berücksichtigung der
Justierungen nur dann richtig funktioniert, wenn
der p⁻-Bereich einen relativ hohen Schichtwider
stand besitzt. Dieser hohe Schichtwiderstand wirkt
sich jedoch wiederum negativ auf die Kennlinien des
p-Kanal-Hochspannungs-Bauelementes aus.
Weiterhin ist bekannt, die Struktur des Hochspan
nungs-Bauelementes mit einem sogenannten selbst
justierenden LOCOS Prozeß herzustellen. Dadurch,
daß hier die p⁻-Diffusion an der Gateoxid/Feldoxid-
Stufe selbstjustiert ist, das heißt der p⁻-Bereich
nicht mehr weit unter das Gateoxid reichen muß, ist
es möglich, einen niedrigeren p⁻-Schichtwiderstand
zu verwenden. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß
dieser niedrigere p⁻-Schichtwiderstand mit den An
forderungen anderer Bauelemente, die mit der
gleichen p⁻-Diffusion hergestellt werden, nicht
kompatibel ist.
Das monolithisch integrierte p-Kanal-Hochspannungs-
Bauelement mit den im Anspruch 1 genannten Merk
malen hat demgegenüber den Vorteil, daß eine
Struktur geschaffen werden kann, die durch die
Verwendung von für andere Zwecke optimierte
Dotierungsprofile eine hohe und stabile laterale
Durchbruch-Spannung aufweist. Dadurch, daß inner
halb eines schwach dotierten n⁻-Bereiches der p-
Kanal-Hochspannungs-Bauelement-Struktur der Drain-
Anschlußklemme ein schwach dotierter p⁻-Bereich
eingebracht ist, ist diese Struktur tolerant gegen
Variationen im Schichtwiderstand und gegen Justier
fehlertoleranzen. Insbesondere wird sehr vor
teilhaft erreicht, daß beim Anlegen einer Spannung
zwischen der Drain-Anschlußklemme und einer Source-
Anschlußklemme des monolithisch integrierten p-
Kanal-Hochspannungs-Bauelementes der p⁻-Bereich
unter dem n⁻-Bereich und der n⁻-Bereich selbst
vollständig verarmen, das heißt die Zahl der freien
Ladungsträger reduziert wird. Hierdurch wird eine
hohe elektrische Feldstärke zwischen der p- Struk
tur der Drain-Anschlußklemme und dem Gateoxid der
Gate-Anschlußklemme vollkommen vermieden, da der
Spannungsdurchbruch in dem Hochspannungs-Bauelement
nunmehr weit entfernt von dem Gateoxid stattfindet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungs
beispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines p-Kanal-
Hochspannungs-Bauelementes und
Fig. 2 eine weitere Schnittdarstellung eines p-
Kanal-Hochspannungs-Bauelement in einer
anderen Ausführung.
Fig. 1 zeigt ein allgemein mit 10 bezeichnetes mo
nolithisch integriertes P-Kanal-Hochspannungs-Bau
element mit einer lateralen Hochspannungsstruktur.
Das Bauelement 10 ist im Schnitt und lediglich
schematisch dargestellt. Das Bauelement 10 weist
eine Halbleiterschicht 12 auf, die eine n⁻-Struktur
14 besitzt. In die n⁻-Struktur 14 sind p-Strukturen
16 und 18 eingebettet, die mit einer Drain-
Anschlußklemme D bzw. einer Source-Anschlußklemme S
verbunden sind. Die p-Struktur 16 des Drains D
besitzt einen hoch dotierten p⁺-Bereich 20, der in
einen niedriger dotierten p⁻-Bereich 22 übergeht.
Die p-Struktur 18 der Source S ist ähnlich auf
gebaut, jedoch hier für die Erfindung nicht weiter
zu betrachten. Sie untergliedert sich ebenfalls in
einen p⁺-Bereich 24 und einen p⁻-Bereich 26. Die p⁻-
Bereiche 22 und 26 werden von einem Gateoxid 28
übergriffen, das mit einer Gate-Anschlußklemme G
verbunden ist. Das Gateoxid 28 besitzt drainseitig
eine Gateoxid/Feldoxid-Stufe 30. Die Gate
oxid/Feldoxid-Stufe 30 ist dabei so ausgelegt, daß
sich zwischen dem Gateoxid 28 und dem p⁻-Bereich 22
ein Feldoxidbereich 32 befindet. Innerhalb des p⁻-
Bereiches 22 ist ein als Insel ausgebildeter p⁻-Be
reich 34 angeordnet. Der n⁻-Bereich 34 ist dabei so
ausgebildet, daß er mit der Gateoxid/Feldoxid-Stufe
30 beginnt und sich in Richtung Drain D unterhalb
des Gateoxids 28 erstreckt.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung übt folgende
Funktion aus:
Wenn zwischen der Drain-Anschlußklemme D und der
Source-Anschlußklemme S eine Spannung angelegt
wird, verarmt der p⁻-Bereich 22 unter dem n⁻-Be
reich 34, und der n⁻-Bereich 34 selbst, voll
ständig. Durch diese Reduzierung der vorhandenen
freien Ladungsträger wird erreicht, daß eine hohe
elektrische Feldstärke zwischen der p-Struktur 16
und dem Gateoxid 28 vermieden wird. Durch diese
Verarmung von Ladungsträgern im Oberflächenbereich
der p-Struktur 16 findet nun der Spannungs
durchbruch in dem Bauelement 10 weit von dem
Gateoxid 28 statt. Der Durchbruch wird hier an der
in Fig. 1 mit 36 bezeichneten Stelle stattfinden.
Durch diesen tiefliegenden Durchbruch ist die
daraus resultierende Durchbruchspannung höher und
stabiler. Dies resultiert daraus, da der Durch
laßwiderstand des Bauelementes 10 hauptsächlich
durch den Serienwiderstand des Kanalwiderstands,
also der n⁻-Struktur 14 und des p⁻-Bereiches 22 der
p-Struktur 16 bestimmt wird. Das Hinzufügen des p⁻
Bereiches 34 in dem p⁻-Bereich 22 verursacht somit
ein Ansteigen des Durchlaßwiderstands, da der Strom
in dem p⁻-Bereich 22 unterhalb des n⁻-Bereichs 34
fließen muß. Durch den tiefliegenden Durchbruch
wird insbesondere ein Abwandern von Ladungsträgern
in das Gateoxid 28 vermieden, so daß trotz einer
höheren möglichen Durchbruchspannung die Lebens
dauer des Gateoxids 28 nicht beeinflußt wird. Zu
der in Fig. 1 gezeigten Variante ist es auch
möglich, den n⁻-Bereich 34 so auszubilden, daß auch
bei einer hohen Spannung zwischen der Gate-
Anschlußklemme G und der Source-Anschlußklemme S
ein zusätzliches Kanalgebiet auf der Oberfläche des
n⁻-Bereiches 34 entsteht. Dieses zusätzliche Kanal
gebiet bildet dann einen parallelen Strompfad, der
eine Verringerung des Drainserienwiderstandes be
wirkt.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante
eines Bauelementes 10 gezeigt, wobei gleiche Teile
wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind und nicht nochmals erläutert werden. In der
hier gezeigten Variante ist der n⁻-Bereich 34 so
ausgebildet, daß er sich lateral über die gesamte
Gateoxid/Feldoxid-Stufe 30 des Gateoxids 28 er
streckt. Dadurch, daß der n⁻-Bereich 34 über die
Gate-Anschlußklemme G hinaus verlängert ist, wird
erreicht, daß bei Anlegen einer höheren Spannung
zwischen der Gate-Anschlußklemme G und der Source-
Anschlußklemme S kein zusätzliches Kanalgebiet auf
der Oberfläche des n⁻-Bereiches 34 entstehen kann.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine
Verringerung des Drainserienwiderstandes nicht er
wünscht ist.
Claims (4)
1. Monolithisch integriertes p-Kanal-Hochspannungs-
Bauelement mit einer Gate-Anschlußklemme, die eine
in Richtung einer Drain-Anschlußklemme weisende
Gateoxid/Feldoxid-Stufe aufweist, dadurch gekenn
zeichnet, daß innerhalb eines schwach dotierten p⁻-
Bereiches (22) einer p-Struktur (16) der Drain-
Anschlußklemme (D) ein schwach dotierter n⁻-Bereich
(34) eingebracht ist.
2. Monolithisch integriertes Bauelement nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der n⁻-
Bereich (34) nicht kontaktiert ist.
3. Monolithisch integriertes Bauelement nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der n⁻-Bereich (34) unterhalb der
Gateoxid/Feldoxid-Stufe (30) angeordnet ist.
4. Monolithisch integriertes Bauelement nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der n⁻-Bereich (34) über die Gate
oxid/Feldoxid-Stufe (30) verlängert ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |