DE102005046007A1 - Lateral compensation semiconductor component for use as high voltage transistor, has coupling layers for connection of compensation cells with each other, where layers are of p-type conduction and are in connection with source region - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein laterales Kompensationshalbleiterbauteil (1) mit gekoppelten Kompensationszellen (18) und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dazu weist das laterale Kompensationshalbleiterbauteil (1) ein Driftgebiet (19) auf, das die Kompensationszellen (18) umgibt und zwischen einem Sourcegebiet (20) und einem Draingebiet (19) in einem Halbleiterkörper (22) angeordnet ist. Dabei ist das Driftgebiet (21) mit den Kompensationszellen (18) auf einem Substrat (23) gleichen Leitungstyps wie die Kompensationszellen (18) angeordnet. Das Substrat (23) steht elektrisch mit dem Sourcegebiet (20) in Verbindung, wobei zur elektrischen Kopplung der hochdotierten Kompensationszellen (18) untereinander Kopplungsschichten (24) oder Kopplungsstrukturen gleichen Leitungstyps wie die Kompensationszellen (18) in dem lateralen Kompensationshalbleiterbauteil (1) angeordnet sind und mit dem Sourcegebiet (20) elektrisch in Verbindung stehen.The invention relates to a lateral compensation semiconductor component (1) with coupled compensation cells (18) and a method for its production. For this purpose, the lateral compensation semiconductor component (1) has a drift region (19) which surrounds the compensation cells (18) and is arranged in a semiconductor body (22) between a source region (20) and a drain region (19). The drift region (21) with the compensation cells (18) is arranged on a substrate (23) of the same conductivity type as the compensation cells (18). The substrate (23) is electrically connected to the source region (20), with coupling layers (24) or coupling structures of the same conductivity type as the compensation cells (18) being arranged in the lateral compensation semiconductor component (1) for the electrical coupling of the highly doped compensation cells (18) and are electrically connected to the source region (20).
Description
Die Erfindung betrifft ein laterales Kompensationshalbleiterbauteil mit untereinander gekoppelten hochdotierten Kompensationszellen, die in einem die Kompensationszellen umgebenden Driftgebiet mit komplementärem Leitungstyp zwischen einem Sourcegebiet und einem Draingebiet in einem Halbleiterkörper angeordnet sind.The The invention relates to a lateral compensation semiconductor device with mutually coupled highly doped compensation cells, in a surrounding the compensation cells drift region with complementary Line type between a source area and a drain area in a semiconductor body are arranged.
Ein
derartiges laterales Kompensationshalbleiterbauteil ist als lateraler
Hochspannungstransistor aus der Druckschrift
Oberhalb
der p-leitenden Wanne
Bei
Anlegung einer steigenden Spannung +UDS an
das Anschlussgebiet
Der
Abstand a zwischen den Reihen der Trenche
Die
nur kapazitiv gekoppelten hochdotierten "floatenden" Kompensationszellen
Ein
weiterer Nachteil insbesondere bei vertikalen MOS-Bauelementen ist,
dass der Kapazitätsverlauf
der Ausgangskapazität
mit dem Spannungsanstieg bei hohen Drain-Source-Spannungen +UDS steil
abfällt
und deshalb in Schaltnetzteilen hochfrequente Störfelder erzeugt, die mit hohem
nachgeschaltetem Filteraufwand bei derartigen Kompensationshalbleiterbauteilen
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile von herkömmlichen Kompensationshalbleiterbauteilen zu überwinden und ein Kompensationshalbleiterbauteil anzugeben, das kostengünstig herstellbar ist und eine verbesserte Einschalt- und Sperrcharakteristik zeigt.task The invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of conventional ones Compensating to overcome semiconductor devices and a compensation semiconductor device indicate that cost can be produced and shows an improved switch-on and blocking characteristic.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird im Bezug auf einen ersten Aspekt der Erfindung ein laterales Kompensationshalbleiterbauteil mit untereinander gekoppelten hochdotierten Kompensationszellen eines Leitungstyps geschaffen. Die Kompensationszellen sind von einem Driftgebiet mit komplementärem Leitungstyp umgeben und zwischen einem Sourcegebiet und einem Draingebiet in einem Halbleiterkörper angeordnet. Driftgebiet und Kompensationszellen sind auf einem Substrat mit gleichem Leitungstyp wie die Kompensationszellen angeordnet. Dabei steht das Substrat elektrisch mit dem Sourcegebiet in Verbindung. Zur elektrischen Kopplung der hochdotierten Kompensationszellen untereinander sind Kopplungsschichten oder Kopplungsstrukturen gleichen Leitungstyps wie die Kompensationszellen in dem lateralen Kompensationshalbleiterbauteil angeordnet und stehen mit dem Sourcegebiet elektrisch in Verbindung.According to the invention is in Referring to a first aspect of the invention, a lateral compensation semiconductor device with mutually coupled highly doped compensation cells created a type of line. The compensation cells are from a drift region with complementary Line type surrounded and between a source area and a drain area arranged in a semiconductor body. Drift region and compensation cells are on a substrate with the same conductivity type as the compensation cells arranged. there the substrate is electrically connected to the source region. For the electrical coupling of the heavily doped compensation cells between them are coupling layers or coupling structures of the same conductivity type like the compensation cells in the lateral compensation semiconductor device arranged and electrically connected to the source region.
Unter
Kompensationszellen werden sowohl Säulen oder Platten aus hochdotiertem
Halbleitermaterial eines Leitungstyps, die in ein oder mehrere Epitaxischichten
eingebracht sind, verstanden als auch Trenche, die in einem Driftgebiet
eines Halbleiterkörpers
angeordnet sind und beispielsweise durch Ätzen oder Laserablation und/oder
Plasmazerstäubung eingebracht
und in den Wandbereichen der Trenche mit dem einen Leitungstyp hochdotiert
sind, wie es aus der Druckschrift
Das erfindungsgemäße Kompensationshalbleiterbauteil hat den Vorteil einer hohen Spannungsfestigkeit, die durch die beabstandete Aneinanderreihung von Kompensationszellen auf der Source-Drain-Strecke erreicht wird. Die beabstandeten Kompensationszellen im Driftgebiet wirken wie ein Spannungsteiler für die zwischen Sourcegebiet und Draingebiet angelegte Drain-Source-Spannung +UDS. Beim Hochlauf der Spannung UD wird nach Ausräumen der schwach dotierten p-Gebiete zunächst das umgebende Driftgebiet der Reihe der Kompensationszellen ausgeräumt, die am nächsten zu dem Sourcegebiet liegt.The compensation semiconductor device according to the invention has the advantage of a high dielectric strength, which is achieved by the spaced juxtaposition of compensation cells on the source-drain path. The spaced compensation cells in the drift region act as a voltage divider for the drain-source voltage + U DS applied between source region and drain region. When starting up the voltage U D , after clearing out the weakly doped p regions, first the surrounding drift region of the row of compensation cells that lies closest to the source region is eliminated.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, darüber hinaus, dass der Kapazitätsverlauf durch Variation der Abstände zwischen den Kompensationszellen gezielt eingebracht werden kann.One Advantage of the invention is, moreover, that the capacity curve by varying the distances can be introduced selectively between the compensation cells.
Wenn das elektrische Feld sich im Driftgebiet soweit ausgedehnt hat, bis die nächste Reihe hochdotierter Kompensationszellen erreicht ist, dann wird erst das um diese zweite Reihe hochdotierten Zellen herum angeordnete Driftgebiet ausgeräumt. Solange die Kompensationszellen äquidistant in Reihen zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet angeordnet sind, ergibt sich somit ein nahezu konstanter Verlauf der Ausgangskapazität. Durch Variation des Abstandes lässt sich jedoch das elektrische Feld entlang der Driftstrecke gut modulieren, das bei einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Ausführungsformen benutzt wird. Anstelle einer Felderhöhung kann so z. B. an Strukturkanten der Kompensationszellen oder an Feldplattenenden das Feld gezielt beeinflusst werden.If the electric field has expanded so far in the drift area, until the next one Range of highly doped compensation cells is reached, then only the around this second row highly doped cells arranged around Drift area cleared. As long as the compensation cells equidistant arranged in rows between the source region and the drain region are thus results in a nearly constant course of the output capacitance. By Variation of the distance leaves but modulate the electric field well along the drift path, which is used in a further aspect of the embodiments according to the invention. Instead of a field increase can so z. B. to structural edges of the compensation cells or to Feldplattenenden the field can be influenced.
Das erfindungsgemäße laterale Kompensationshalbleiterbauteil hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Kompensationsgebiete über die elektrischen Kopplungsschichten nach einem Ein schaltvorgang von hoher Spannung entladen werden, so dass der Einschaltwiderstand nicht erhöht wird.The lateral according to the invention Compensating semiconductor device also has the advantage that the compensation areas over the electrical coupling layers after a switching operation be discharged from high voltage, so that the on-resistance not increased becomes.
Dazu werden in einer ersten Ausführungsform der Erfindung die hochdotierten Kompensationszellen bis in das Substratgebiet mit gleichem Leitungstyp wie die Kompensationszellen unter Überwindung der oben erwähnten Pufferzonen verlängert. Damit dennoch benachbarte hochdotierte Gebiete auf unterschiedlichen Potentialen liegen können, muss das Anschlussgebiet um das hochdotierte Gebiet herum, d. h. das Driftgebiet, ausräumbar sein, da sonst die hochdotierten Gebiete auf gleichem Potential stehen bleiben. Um das zu erreichen, ist es vorgesehen, dass das Substrat, in das die hochdotierten Zellen hineinragen, in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung schwach dotiert ist. Dabei werden die hochdotierten Kompensationszellen über das schwach dotierte Substrat zwar angeschlossen, aber nicht kurzgeschlossen, sodass durch eine entsprechend niedrige Substratdotierung eine Potentialtrennung zwischen benachbarten hochdotierten Kompensationszellen erreicht werden kann.To be in a first embodiment invention, the highly doped compensation cells into the substrate area with the same conductivity type as the compensation cells with overcoming the above mentioned Buffer zones extended. In order to nevertheless adjacent highly doped areas at different potentials can lie must the connection area around the heavily doped area, d. H. the Drift area, can be cleared out otherwise the highly-paid areas will be at the same potential stay standing. To achieve that, it is envisaged that the Substrate, in which the highly doped cells protrude, in this first embodiment of the Invention is lightly doped. The heavily doped compensation cells become weak doped substrate connected, but not shorted, so that by a correspondingly low substrate doping potential separation achieved between adjacent highly doped compensation cells can be.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat zwar hochdotiert, weist aber eine schwach dotierte Schicht auf dem hochdotierten Substrat auf, wobei die schwach dotierte Schicht die Kopplungsschicht bildet und sich die Kompensationszellen von der Oberseite des Halbleiterkörpers bis in die schwach dotierte Kopplungsschicht erstrecken. Somit werden die hochdotierten Kompensationszellen über eine schwach dotierte Kopplungsschicht an das Substrat angeschlossen, das seinerseits mit der Sourceelektrode des Kompensationshalbleiterbauteils elektrisch in Verbindung steht. Damit wird einerseits eine Entladung über die schwach dotierte Kopplungssschicht gewährleistet und andererseits dafür ge sorgt, das eine Potentialtrennung zwischen den benachbarten hochdotierten Kompensationszellen möglich ist.In a further embodiment Although the substrate is highly doped, but has a lightly doped layer on the heavily doped substrate, wherein the lightly doped layer forms the coupling layer and itself the compensation cells from the top of the semiconductor body up extend into the lightly doped coupling layer. Thus be the highly doped compensation cells via a weakly doped coupling layer connected to the substrate, which in turn connected to the source electrode of the compensation semiconductor device is electrically connected. On the one hand, this results in a discharge via the lightly doped coupling layer guaranteed and on the other hand for that ge ensures a potential separation between the adjacent highly doped Compensation cells possible is.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine schwach dotierte Schicht im Bereich der Oberseite des Halbleiterkörpers als Kopplungsschicht eingesetzt. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Kompensationszellen von der schwach dotierten Schicht im Bereich der Oberseite des Halbleiterkörpers bis zu einer Pufferzone aus Driftgebietmaterial über dem Substrat. Damit reichen die Kompensationszellen nicht bis in das Substrat hinein wie bei den ersten beiden Ausführungsformen der Erfindung. Das kritische Gebiet zwischen der dem Sourcegebiet nächstliegenden Reihe von Kompensationszellen kann derart strukturiert sein, dass lediglich schwach dotierte schmale Streifen diese Reihe mit der Bodyzone des Sourcegebiets verbinden. Ansonsten erstreckt sich die Kopplungsschicht großflächig über das gesamte Driftgebiet und verbindet elektrisch die hochdotierten Kompensationszellen, wobei diese Kopplungsschicht einen hohen Flächenwiderstand aufweist, um zu gewährleisten, dass auch eine Potentialtrennung zwischen benachbarten Reihen hochdotierter Kopplungszellen gewährleistet bleibt.In a further embodiment of the invention A weakly doped layer is used in the region of the upper side of the semiconductor body as the coupling layer. In this embodiment, the compensation cells extend from the lightly doped layer in the region of the upper side of the semiconductor body to a buffer zone of drift region material above the substrate. Thus, the compensation cells do not extend into the substrate as in the first two embodiments of the invention. The critical region between the row of compensation cells closest to the source region can be structured in such a way that only lightly doped narrow strips connect this series to the body zone of the source region. Otherwise, the coupling layer extends over a large area over the entire drift region and electrically connects the highly doped compensation cells, wherein this coupling layer has a high surface resistance in order to ensure that a potential separation between adjacent rows of highly doped coupling cells remains ensured.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die meisten hochdotierten Kompensationszellen über eine oberflächennahe Kopplungsschicht miteinander verbunden. Der problematische Bereich am Kanalende wird jedoch ohne eine derartige schwach dotierte Kopplungsschicht ausgeführt, wobei für die Kopplung der nächstliegend benachbarten Reihe von Kompensationszellen zum Sourcegebiet ein schwach dotierter Schichtbereich auf dem Substrat angeordnet ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, dass eine schwach dotierte schichtförmige Kopplungsstruktur teilweise auf der Oberseite des Halbleiterkörpers und auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die schwach dotierte Kopplungsstruktur auf dem Substrat mindestens die Kopplungszellen unterhalb des Bodygebiets mit der ersten benachbarten Reihe von Kompensationszellen verbindet, und die schichtförmige Kopplungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterkörpers die restlichen Kompensationszellen elektrisch untereinander verbindet. Dabei kann die mindestens eine dem Bodygebiet unmittelbar benachbarte Kompensationszelle sowohl in die schichtförmige Kopplungsstruktur auf der Oberseite des Halbleiterkörpers als auch in die schwachdotierte Kopplungsstruktur auf dem Substrat hineinreichen. Damit wird erreicht, dass der problematische Bereich am Kanalende ohne eine schwach dotierte Kopplungsschicht auskommt und dennoch sämtliche Kompensationszonen über eine Kopplungsstruktur teilweise auf der Oberseite und teilweise auf dem Substrat nach einem Sperrvorgang entladen werden können, so dass ein niedriger Einschaltwiderstand erreicht wird.In a further embodiment According to the invention, most of the highly doped compensation cells will have one shallow Coupling layer interconnected. The problematic area at the channel end, however, without such a lightly doped coupling layer executed, wherein for the Coupling of the nearest adjacent row of compensation cells to the source region lightly doped layer region is arranged on the substrate. This embodiment The invention is thus characterized in that a weak doped layered Coupling structure partially on top of the semiconductor body and is disposed on the substrate, wherein the lightly doped coupling structure on the substrate at least the coupling cells below the body area connects to the first adjacent row of compensation cells, and the layered Coupling structure on top of the semiconductor body the remaining compensation cells electrically interconnects. In this case, the at least one immediately adjacent to the body region Compensation cell both in the layered coupling structure the top of the semiconductor body as well as in the weakly doped coupling structure on the substrate extend. This ensures that the problematic area at the End of the channel manages without a weakly doped coupling layer and nevertheless all compensation zones over one Coupling structure partly on the top and partly on can be discharged to the substrate after a locking operation, so that a low on resistance is achieved.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine schwach dotierte schichtförmige Kopplungsstruktur teilweise auf der Oberseite des Halbleiterkörpers und teilweise auf dem Substrat angeordnet. Dabei ist die schwach dotierte Kopplungsstruktur auf dem Substrat mindestens unterhalb des Sourcegebiets derart in Richtung auf das Sourcegebiet vergrößert, dass die dort vorhandene Dotierung des Driftgebiets im Sperrfall ohne zusätzliche hochdotierte Kompensationszellen kompensiert werden kann. Somit weist diese Ausführungsform der Erfindung keine hochdotierten Kompensationszonen unterhalb der Bodyzone des Kompensationshalbleiterbauteils auf, dafür übernimmt die Funktion des Ausräumens der Driftzone unterhalb der Bodyzone das erweiterte Gebiet der Kopplungsschicht im Bereich des Sourcegebiets.In a further embodiment In accordance with the invention, a lightly doped layered coupling structure is partially on the top of the semiconductor body and partially on the Substrate arranged. In this case, the weakly doped coupling structure is on the substrate at least below the source region in such a direction on the source area increases that the existing doping of the drift region in the blocking case without additional highly doped compensation cells can be compensated. Consequently has this embodiment The invention no highly doped compensation zones below the Bodyzone of the compensation semiconductor component on, it takes over the function of clearing the Drift zone below the body zone the extended area of the coupling layer in the area of the source area.
Vorzugsweise erstrecken sich die Kompensationszellen säulenförmig von der Oberseite des Halbleiterkörpers ausgehend orthogonal zu der Oberseite in den Halbleiterkörper hinein und weisen einen runden oder einen ovalen oder einen polygonalen, vorzugsweise einen hexagonalen oder einen quadratischen oder einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Funktion der hochdotierten Kompensationszellen ist nicht unmittelbar von dem Querschnitt der säulenförmigen Kompensationszellen abhängig, hat jedoch Auswirkungen auf die optimale Gestaltung eines lateralen Kompensationshalbleiterbauteils. Einen größeren Einfluss insbesondere auf die Potentialverteilung zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet hat jedoch der Abstand zwischen den Kompensationszellen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist dieser Abstand der Kompensationszellen nicht äquidistant, sondern er variiert zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet. Das hat den Vorteil, dass die Potentialverteilung in dem Driftgebiet entsprechend variiert wird. Bei großem Abstand entsteht eine große Potentialdifferenz und bei kleinem Abstand eine entsprechend geringere Potentialdifferenz zwischen den Kompensationszellen beim Anlegen einer Sperrspannung.Preferably The compensation cells extend in a columnar shape starting from the top side of the semiconductor body orthogonal to the top into the semiconductor body and have a round or an oval or a polygonal, preferably one hexagonal or a square or a rectangular cross section. The function of the heavily doped compensation cells is not immediate from the cross section of the columnar compensation cells dependent, However, it affects the optimal design of a lateral Compensation semiconductor component. In particular, a bigger influence on the potential distribution between the source region and the drain region but has the distance between the compensation cells. In one Another aspect of the invention is this distance of the compensation cells not equidistant, but it varies between the source area and the drain area. This has the advantage that the potential distribution in the drift region is varied accordingly. At a large distance creates a large potential difference and at a small distance, a correspondingly lower potential difference between the compensation cells when applying a blocking voltage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat zusätzlich die Kopplungsschicht zwischen unterschiedlich beabstandeten Kompensationszellen keine gleichmäßig schwache Dotierstoffkonzentration, sondern eine lateral variierte. Diese laterale Variation kann unabhängig von den Abständen der Kompensationszellen sein oder auch damit korreliert. Sinnvoll ist eine höhere Dotierung der Kopplungsschicht im Bereich größerer Abstände der Kompensationszellen vorzusehen. Dabei können die Abstände der Kompensationszellen von dem Sourcegebiet zum Draingebiet variieren, während die Kopplungsschicht von dem Sourcegebiet zum Draingebiet hin eine gleichmäßig schwache Dotierstoffkonzentration aufweist. Durch diese unterschiedlichen Korrelationen zwischen der Dotierstoffkonzentration in der Kopplungsschicht und dem Abstand von Kompensationszonen untereinander wird der Kapazitätsverlauf bei ansteigender Drain-Source-Spannung dahingehend beeinflusst, dass ein Optimum gegenüber herkömmlichen lateralen Kompensationshalbleiterbauteilen erreicht wird. Dieses Optimum kann derart verbessert werden, dass bei Schaltnetzteilen auf zusätzliche kostenintensive und Raum beanspruchende Störfilter verzichtet werden kann.In addition, in a further embodiment of the invention, the coupling layer between differently spaced compensation cells does not have a uniformly weak dopant concentration but a laterally varied doping concentration. This lateral variation may be independent of, or correlated with, the distances of the compensation cells. It makes sense to provide a higher doping of the coupling layer in the region of larger distances of the compensation cells. In this case, the distances of the compensation cells from the source region to the drain region can vary, while the coupling layer has a uniformly weak dopant concentration from the source region to the drain region. As a result of these different correlations between the dopant concentration in the coupling layer and the distance of compensation zones from one another, the capacitance curve will be as the drain-source voltage increases The result is that an optimum over conventional lateral compensation semiconductor components is achieved. This optimum can be improved in such a way that switching power supplies can dispense with additional cost-intensive and space-consuming noise filters.
Der Kapazitätsverlauf über der Drain-Source-Spannung kann mit Hilfe der Variation der Dotierstoffkonzentration in den Kopplungsschichten und mit Hilfe der Abstandsvariation der Kompensationszellen zwischen Sourcegebiet und Draingebiet einem idealen Kapazitätsverlauf der Ausgangskapazität mit dem Spannungsanstieg bei hohen Drain-Source-Spannungen angenähert werden. Bei diesem idealen Kapazitätsverlauf soll der Spannungsanstieg bei hohen Drain-Source-Spannungen verlangsamt erfolgen. Demnach sollte die Kapazität möglichst nicht linear sein, sondern bei kleinen Drain-Source-Spannungen relativ groß, bei mittleren Drain-Source-Spannungen relativ klein und bei hohen Drain-Source-Spannungen wiederum die gleiche Größe erreichen wie bei kleinen Drain-Source-Spannungen. Somit ergibt sich ein "badewannenprofilartiger" Verlauf der Ausgangskapazität über der Drain-Source-Spannung als idealer Kapazitätsverlauf, der bei schnellen Schaltvorgängen keine Überschwingungen am Ausgang eines Kompensationshalbleiterbauteils erzeugt.Of the Capacity progression over the Drain-source voltage can be determined by the variation of the dopant concentration in the coupling layers and by means of the distance variation of the Compensation cells between source region and drain region an ideal capacitance profile the output capacity be approximated with the voltage increase at high drain-source voltages. In this ideal capacity process The voltage increase is slowed down at high drain-source voltages respectively. Accordingly, the capacity should preferably not be linear, but at small drain-source voltages relatively large, at medium Drain-source voltages are relatively small and at high drain-source voltages again reach the same size as with small drain-source voltages. This results in a "tub profile-like" profile of the output capacitance over the drain-source voltage as an ideal capacity curve, the at fast switching operations no overshoots generated at the output of a compensation semiconductor device.
Mit den oben erwähnten Möglichkeiten der Variation der Störstellenkonzentration in den Kopplungsschichten und der Ab standsvariation der Kompensationszonen voneinander wird das Problem der hochfrequenten Störungen in der Art gelöst, dass weniger hochfrequente Anteile des Spektrums durch das erfindungsgemäße Kompensationshalbleiterbauteil erzeugt werden und somit der Filteraufwand reduziert bis ganz vernachlässigt werden kann. Durch einen Kapazitätsverlauf über der Drain-Source-Spannung der Ausgangskapazität eines MOSFETs, der einen sog. "Badewannen"-Verlauf mit einem Minimum bei einer mittleren Drain-Source-Spannung, aufweist werden die Schaltflanken des Kompensationshalbleiterbauteils verrundet mit dem Ergebnis reduzierter hochfrequenter Störungen.With the above mentioned options the variation of the impurity concentration in the coupling layers and the distance variation of the compensation zones from each other will be the problem of high frequency interference the kind solved, that less high-frequency components of the spectrum by the compensation semiconductor device according to the invention be generated and thus reduces the filter effort to be completely neglected can. Through a capacity over the Drain-source voltage the output capacity a MOSFET, the so-called. "Baths" run with a Minimum at an average drain-source voltage rounded the switching edges of the compensation semiconductor device with the result of reduced high frequency noise.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Kompensationshalbleiterbauteil eine Kompensationsstruktur mit einem Mittenbereich zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet auf, in dem die Kompensationszellen einen größeren Abstand aufweisen als die Kompensationszellen, die benachbart zu dem Sourcegebiet und dem Draingebiet angeordnet sind. Dabei wird die Konzentration der Kopplungsschicht gleichbleibend auf schwacher Dotierung gehalten. In der Mitte ist das elektrische Feld im Bereich der vergrößerten Abstände nun erhöht. Dies resultiert daraus, dass weiter entfernte Kompensationszellen erst bei höherer Potentialdifferenz den vorhergehenden Kompensationszellen angeschlossen werden können, was automatisch ein höheres Feld bedeutet.In a further embodiment According to the invention, the compensation semiconductor device has a compensation structure with a central region between the source region and the drain region on, in which the compensation cells have a greater distance than the compensation cells adjacent to the source region and the drainage area are arranged. The concentration of the Coupling layer kept constant on weak doping. In the middle, the electric field is in the range of increased distances now elevated. This results from the fact that more distant compensation cells only at higher Potential difference connected to the previous compensation cells can be which automatically a higher one Field means.
In einer Ladekurve zeigt sich dies in einem leicht verzögerten Anstieg der Kapazität, was einer Verrundung der Schaltflanke des Kompensationshalbleiterbauteils gleichkommt. Auf diese Weise lässt sich durch die Abstandsvariation das Feld entlang der Driftstrecke in einfacher Weise modulieren. Anstelle einer Felderhöhung kann somit beispielsweise an Struk turkanten von Kompensationszellen oder Feldplattenenden das Feld gezielt erniedrigt werden.In A charge curve shows this in a slightly delayed increase the capacity what a rounding of the switching edge of the compensation semiconductor device equals. That way you can by the distance variation the field along the drift path in easy to modulate. Instead of a field increase can thus, for example, on turkanten structure of compensation cells or field plate ends the field are deliberately lowered.
Besonders gut lässt sich jedoch die Ausgangskapazität durch eine Variation der Dotierung der Kopplungsschicht unter gleichzeitiger Variation der Abstände der Kompensationszellen einstellen, so dass in den weiteren Ausführungsformen die Möglichkeiten der gleichzeitigen Variation von Abständen und Dotierstoffkonzentrationen aufgezeigt werden.Especially good However, the output capacity by a variation of the doping of the coupling layer with simultaneous Variation of distances adjust the compensation cells, so that in the other embodiments the possibilities the simultaneous variation of distances and dopant concentrations be shown.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kompensationshalbleiterbauteil eine Kompensationsstruktur mit einem Mittenbereich zwischen den Sourcegebieten und dem Draingebiet auf, wobei die Kompensationszellen in dem Mittenbereich einen geringeren Abstand aufweisen als die Kompensationszellen, die benachbart zu dem Sourcegebiet und dem Draingebiet angeordnet sind. Gleichzeitig weist das Kompensationshalbleiterbauteil eine an der Oberseite des Halbleiterkörpers angeordnete Kopplungsschicht mit einer geringeren Dotierstoffkonzentration in dem Mittenbereich und einer entsprechend erhöhten Dotierstoffkonzentration in den Bereichen auf, die benachbart zu den Source- und Draingebieten sind. Durch die höhere Dotierung kann zwischen benachbarten Kompensationsgebieten nicht mehr so viel Potential aufgenommen werden, was die erreichbare Spannung vermindert. Diesem Effekt kann durch eine Vergrößerung des Abstandes entgegengewirkt werden, so dass eine Ladekurve für kleine und große Spannungen einen verzögerten Spannungsanstieg, also eine vergrößerte Kapazität aufweist.In a preferred embodiment According to the invention, the compensation semiconductor device has a compensation structure with a central region between the source regions and the drain region, wherein the compensation cells in the middle region a smaller Distance than the compensation cells adjacent to the source region and the drain region are arranged. simultaneously the compensation semiconductor device has a at the top of the Semiconductor body arranged coupling layer with a lower dopant concentration in the central region and a correspondingly increased dopant concentration in the areas adjacent to the Source and Drain areas are. By the higher Doping can not be done between adjacent compensation areas more so much potential to be recorded, what the achievable voltage reduced. This effect can be counteracted by increasing the distance be, so a charge curve for small and big Tensions a delayed Voltage rise, so has an increased capacity.
Die Ursache dafür ist, dass bedingt durch die höhere Dotierung der Kopplungsschicht mehrere hochdotierte Gebiete gleichzeitig ausgeräumt werden. Dadurch ist die Kapazität in dem Moment größer, in dem diese zusammenhängenden Kompensationsgebiete vom Feld erfasst werden. Wenn auch die höher dotierte Kopplungsschicht ausgeräumt ist, geht die Kapazität wieder in einen stufigen Verlauf über. Über die Lage der variierten Gebiete und über das Maß der Variation lässt sich somit der Kapazitätsverlauf in weiten Grenzen modulieren. Die nachfolgend beanspruchten Ausführungsformen sind teilweise grobe Näherungen. Durch schmalere und breitere Kompensationszonen zusätzlich zu den Abstandsvariationen gibt es weiterhin einen vergrößerten Spielraum für die Anpassung des Kapazitätsverlaufs eines Kompensationshalbleiterbauteils. Somit lässt sich eine erhöhte Ausgangskapazität am Beginn und am Ende des Drain-Source-Spannungsanstieges in idealer Weise realisieren.The reason for this is that due to the higher doping of the coupling layer, several highly doped areas are cleared out at the same time. As a result, the capacity is greater in the moment in which these contiguous compensation areas are detected by the field. Although the higher doped coupling layer is eliminated, the capacity is again in a gradual progression. By means of the position of the varied regions and the extent of the variation, it is thus possible to modulate the course of the capacitance within wide limits. The embodiments claimed below are partly rough approximations. By narrower and wider compensation zones in addition to the Ab There are still room variations for the adaptation of the capacitance curve of a compensation semiconductor device. Thus, an increased output capacitance at the beginning and at the end of the drain-source voltage increase can be realized in an ideal manner.
Die Kopplungsschicht an der Oberfläche ist nicht in allen Fällen ganzflächig auszuführen, sondern Teilbereiche können auch streifenförmige Kopplungsstrukturen aufweisen. Die Geometrie der Kompensationszellen ist nicht auf Planare Strukturen begrenzt. Trenchzellen sind ebenso möglich. Diese haben den Vorteil, dass die Kopplungsschicht ganzflächig ohne negative Auswirkungen auf den Einschaltwiderstand eingebracht werden kann.The Coupling layer on the surface is not in all cases the whole area perform, but subareas can also strip-shaped Have coupling structures. The geometry of the compensation cells is not limited to planar structures. Trench cells are as well possible. These have the advantage that the coupling layer over the entire surface without be introduced negative impact on the on-resistance can.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Kompensationshalbleiterbauteil eine Kompensationsstruktur mit Kompensationszellen auf, deren Abstände voneinander von dem Sourcegebiet zu dem Draingebiet abnehmen, und das eine Kopplungsschicht auf der Oberseite des Halbleiterkörpers aufweist, deren Dotierstoffkonzentration von dem Sourcegebiet in Richtung auf das Draingebiet abnimmt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei niedriger Spannung mehrere hochdotierte Gebiete in der Nähe des Sourcegebiets gleichzeitig ausgeräumt werden, womit im Bereich niedriger Spannung die Kapazität größer ist. Andererseits wird bei Erreichen der hohen Spannungen der Abstand zwischen den Kompensationsgebieten in Richtung auf das Draingebiet verringert, womit wiederum eine Steigerung oder eine Erhöhung der Ausgangskapazität verbunden ist. Somit wird auch mit dieser Ausführungsform der Erfindung ein idealer "badewannenförmiger" Verlauf der Ausgangskapazität erreicht.In a further embodiment According to the invention, the compensation semiconductor device has a compensation structure with compensation cells whose distances from each other from the source region to remove the drain area, and the one coupling layer on the Top of the semiconductor body whose dopant concentration from the source region in Direction on the drain area decreases. This embodiment has the advantage that at low voltage, several highly doped regions near the source region eliminated at the same time which increases the capacity in the low voltage range. On the other hand, when the high voltages are reached, the distance between reduces the compensation areas towards the drainage area, which in turn involves an increase or increase in output capacity is. Thus, also with this embodiment of the invention a ideal "bathtub-shaped" course of the output capacity reached.
Anstelle einer Kopplungsschicht mit abnehmender Dotierstoffkonzentration vom Sourcegebiet in Richtung auf das Draingebiet auf der Oberseite des Halbleiterkörpers kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung diese Kopplungsschicht auf dem Substrat angeordnet sein, wobei die Kompensationszonen von der Oberseite des Halbleiterkörpers bis in die Kopplungsschicht hineinragen. Dabei entsprechen die Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung den oben erwähnte Vorteilen bei Anordnung der Kopplungsschicht auf der Oberseite des Halbleiterkörpers.Instead of a coupling layer with decreasing dopant concentration from the source area towards the drain area on the top of the Semiconductor body can in a further embodiment the invention arranged this coupling layer on the substrate be, with the compensation zones from the top of the semiconductor body to protrude into the coupling layer. The advantages are the same this embodiment the invention the above-mentioned Advantages in the arrangement of the coupling layer on top of the The semiconductor body.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kompensationshalbleiterbauteil eine Kompensationsstruktur mit Kompensationszellen auf, deren Abstände voneinander von dem Sourcegebiet in Richtung auf das Draingebiet abnehmen, und das eine Kopplungsschicht aufweist, die teilweise auf der Oberseite des Halbleiterkörpers und teilweise auf dem Substrat angeordnet ist. Dabei nimmt die Dotierstoffkonzentration der Kopplungsschicht von dem Sourcegebiet in Richtung auf das Draingebiet ab. Außerdem erstreckt sich die Kopplungsschicht auf dem Substrat mindestens unterhalb des Sourcegebiets derart in Richtung auf die Bodyzone zu, dass die dort vorhandene Dotierung der Driftzone im Sperrfall ohne zusätzliche hochdotierte Kompensationszellen kompensiert werden kann.In a further preferred embodiment According to the invention, the compensation semiconductor device has a compensation structure with compensation cells whose distances from each other from the source region towards the drainage area, and that one coupling layer partially on top of the semiconductor body and partially disposed on the substrate. At the same time the dopant concentration increases of the coupling layer from the source region toward the drain region from. Furthermore The coupling layer extends at least on the substrate below the source region in the direction of the body zone to, that there existing doping of the drift zone in the case of blocking without additional highly doped compensation cells can be compensated.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird vorteilhafterweise der kritische Bereich am Ende des MOS-Kanals der Oberseite des Halbleiterkörpers nicht mit einer Kopplungsschicht versehen, dafür aber die Kopplungsschicht auf dem Substrat derart erweitert, dass unterhalb der Bodyzone keine Reihe von Kompensationszonen erforderlich wird.at this embodiment the invention will advantageously be the critical area at the end of the MOS channel of the top of the semiconductor body not with a coupling layer provided, for that but the coupling layer on the substrate expands so that no number of compensation zones are required below the bodyzone becomes.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet das Substratmaterial die Kopplungsschicht, wobei sich die Kompensationszellen von der Oberseite des Halbleiterkörpers bis in das Substrat gleichen Leitungstyps erstrecken. Dabei begrenzt ein vergrabenes Gebiet mit komplementärem Leitungstyp zum Substratmaterial die Kopplungsschicht aus Substratmaterial in ihrer Dicke d. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die hochdotierten Kompensationszellen im Driftgebiet über das Substrat anzuschließen, wie es bereits oben beschrieben wird. Jedoch wird bei dieser Ausführungsform eine Maßnahme ergriffen, um im Sperrfall die Kompensationszonen über eine Raumladungszone vom Substrat abzukoppeln. Dieses geschieht durch die komplementär dotierte vergrabene Schicht im Substratmaterial, mit der die Dicke d der Kopplungsschicht aus Substratmaterial begrenzt wird.at Another aspect of the invention is the substrate material the coupling layer, wherein the compensation cells of the Top of the semiconductor body extend into the substrate of the same conductivity type. Limited a buried region of complementary conductivity type to the substrate material the coupling layer of substrate material in its thickness d. With this embodiment of the Invention is proposed, the highly doped compensation cells in the drift area over to connect the substrate, as already described above. However, in this embodiment A measure seized in the case of blocking the compensation zones over a Decoupling the space charge zone from the substrate. This happens through the complementary doped buried layer in the substrate material, with which the thickness d the coupling layer is limited from substrate material.
Wenn die hochdotierten Gebiete der Kompensationszellen über das Substrat angeschlossen werden, ergibt sich der Vorteil, dass im Schaltfall die Ladungsträger über das auf Sourceptotential gelegte Substrat abfließen können. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass beim Herstellungsprozess keine Einschränkung dadurch entsteht, dass ein Abstand der Kompensationszellen von dem Substrat in Form einer Pufferzone genau eingestellt werden muss. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung entscheidend, dass durch den Kontakt über das Substrat kein Einschaltwiderstandsverlust im Gegensatz zu einer Kontaktierung über eine in der Driftzone platzierte niedrig dotierte Kopplungsschicht hingenommen werden muss.If the highly doped areas of the compensation cells over the Substrate are connected, there is the advantage that in Switching the charge carriers over the can drain on Sourceptotential placed substrate. Another advantage can be seen in the fact that in the manufacturing process no limitation arises that a distance of the compensation cells from the substrate must be set exactly in the form of a buffer zone. However, that is in this embodiment crucial to the invention that by the contact on the Substrate no Einschaltwiderstandsverlust as opposed to a Contacting via a low doped coupling layer placed in the drift zone must be accepted.
Werden jedoch die hochdotierten Kompensationszonen über das Substrat mit dem Sourcepotential verbunden, und keine weiteren Maßnahmen getroffen, dann kann die Funktion des Spannungsteilers durch die Kompensationsgebiete verloren gehen. Damit dieses nicht geschieht, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung das vergrabene Gebiet mit komplementärem Leitungstyp zum Substratmaterial als Begrenzung der Dicke der Kopplungsschicht aus Substratmaterial vorgesehen.However, if the highly doped compensation zones are connected to the source potential via the substrate, and no further measures are taken, then the function of the voltage divider can be lost through the compensation regions. In order not to do so, in this embodiment of the invention, the buried region of complementary conductivity type becomes the substrate material as a constraint on the thickness of the coupling layer of substrate material provided.
Wird auf eine derartige vergrabene Schicht verzichtet, dann kann durch den Verlust der Spannungsteilerfunktion der Kompensationszonen die Sperrspannung hauptsächlich zwischen Substratelektrode und Drainelektrode abfallen. Dadurch kann diese Struktur nur Sperrspannungen bewältigen, die abhängig von der Substratdotierung sind. Um die Kompensationszonen vom Substratpotential abzukoppeln und sie dadurch quasi "floatend" zu machen, wird in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Driftstrecke des Driftgebiets durch ein vergrabenes n-Gebiet vom Substratpotential abgekoppelt.Becomes waived such a buried layer, then can by the loss of the voltage divider function of the compensation zones the blocking voltage mainly fall between substrate electrode and drain electrode. Thereby This structure can only handle blocking voltages that are dependent on the substrate doping are. Around the compensation zones from the substrate potential decoupling them thereby making them virtually "floating" is in the present embodiment the invention, the drift path of the drift region by a buried n-region decoupled from the substrate potential.
Dabei koppelt die von diesem vergrabenen Gebiet mit komplementärer Dotierung zum Substrat verursachte Raumladungszone die Säulenstruktur der Kompensationszonen vom Substratpotential ab, wenn das komplementär dotierte vergrabene Gebiet in Abstand (von der Driftstrecke) und in Dotierung auf die Substratdotierung angepasst ist. Dabei entspricht der Abstand des komplementär dotierten vergrabenen Gebietes der Dicke der Kopplungsschicht aus Substratmaterial. In dieser Ausführungsform der Erfindung sollte das komplementär dotierte vergrabene Gebiet Idealerweise nicht bis unter die sog. MOS-Zelle reichen, d. h., sie sollte vor Erreichen einer Position unterhalb des Sourcegebiets enden, da ansonsten auch dort eine Kompensation erforderlich wird. Dieses vorzeitige Ende des komplementär dotierten vergrabenem Gebiets hat den Vorteil, dass im Schaltfall die Ladungsträger über den dadurch möglichen Kontakt zum Substrat abfließen können.there couples the region buried by this with complementary doping Space charge zone to the substrate caused the pillar structure of the compensation zones from the substrate potential when the complementarily doped buried region in Distance (from the drift path) and in doping on the substrate doping is adjusted. In this case, the distance of the complementarily doped corresponds Buried area of the thickness of the coupling layer of substrate material. In this embodiment of the invention should be the complementarily doped buried region Ideally not to reach below the so-called MOS cell, d. H., it should be before reaching a position below the source area end, because otherwise there is a compensation required. This premature end of the complementarily doped buried territory has the advantage that in the case of switching the charge carriers on the possible thereby Drain contact to the substrate can.
Wenn bei einem Kompensationshalbleiterbauteil, bei dem als Kopplungsschicht das Substrat eingesetzt wird, wie oben erwähnt, eine Spannungsteilungsfunktion der Kompensationszonen nicht mehr vorhanden ist verlaufen die Äquipotentiallinien in dem Substrat senkrecht zu den Kompensationszonen bzw. parallel zu der Oberseite des Substrats. Im Gegensatz dazu sind die Äquipotentiallinien im Substrat im Falle der Struktur mit vergrabenem komplementär dotierten Gebiet parallel zu den Kompensationszonen bzw. senkrecht zu der Oberseite des Substrats ausgerichtet.If in a compensation semiconductor device in which as a coupling layer the substrate is used, as mentioned above, a voltage dividing function The equipotential lines are no longer present in the compensation zones in the substrate perpendicular to the compensation zones or parallel to the top of the substrate. In contrast, the equipotential lines are in the substrate in the case of the structure with buried complementarily doped Area parallel to the compensation zones or perpendicular to the Aligned top of the substrate.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das vergrabene Gebiet eine strukturierte vergrabene Schicht auf, die in Zellen gegliedert ist, wobei der Zwischenraum aus Substratmaterial zwischen den Zellen derart bemessen ist, dass das Substratmaterial im Sperrfall in diesen Zwischenräumen vollständig von Ladungsträgern ausgeräumt ist. Solange sich somit zwischen der komplementär dotierten Schicht an der Oberkante des Substrats Raumladungszonen ausbilden können, ist eine Abkopplung der Kompensationszonen vom übrigen Substrat in vorteilhafter Weise gewährleistet.In a further embodiment According to the invention, the buried area has a structured buried one Layer on, which is divided into cells, with the gap of substrate material between the cells is dimensioned such that the substrate material in the blocking case in these spaces completely from carriers cleared is. As long as thus between the complementarily doped layer at the Top edge of the substrate can form space charge zones, is a decoupling of the compensation zones from the rest of the substrate in an advantageous Guaranteed manner.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das vergrabene Gebiet in dem Substratmaterial unterhalb des Draingebietes über eine Verbindungsschicht gleichen Leitungstyps wie das Draftgebiet elektrisch verbunden. Somit wird die vergrabene Schicht auf das Potential der Drainelektrode gelegt und elektrisch gekoppelt und nicht über kapazitive Kopplung "floatend" angeschlossen. Ähnlich wie bei den vorher diskutierten Kopplungsschichten kann die Konzentration in dem vergrabenen Gebiet variiert werden. Durch diese Variation kann in vorteilhafter Weise die elektrische Feldverteilung in der Driftzone beeinflusst werden.In a further embodiment The invention relates to the buried region in the substrate material below the drainage area over a tie layer of the same conductivity type as the draft domain electrically connected. Thus, the buried layer on the Potential of the drain electrode placed and electrically coupled and no over capacitive coupling "floating" connected. Similar to in the previously discussed coupling layers, the concentration be varied in the buried territory. Through this variation can advantageously the electric field distribution in the Drift zone can be influenced.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dotierstoffkonzentration in dem vergrabenen Gebiet in einem Mittenbereich zwischen Source- und Draingebiet gegenüber benachbart zu dem Source- und Draingebiet angeordneten Bereichen vermindert. Weiterhin ist es möglich, dass sich das vergrabene Gebiet in dem Substratmaterial von unterhalb des Draingebietes bis zu unterhalb des Sourcegebiets erstreckt und dass die Bodyzone des Sourcegebiets so tief in den Halbleiterkörper hinein ausgedehnt ist, dass ein verbleibendes Gebiet der Driftzone im Sperrfall vollständig von Ladungsträgern ausgeräumt werden kann. Darüber hinaus ist es auch vorstellbar, weitere vergrabene Schichten unterhalb des komplementär dotierten Gebietes anzubringen, insbesondere auf der Drainseite. Diese zusätzlichen vergrabenen Schichten beeinflussen die Ausbreitung der Raumladungszone in der Substratelektrode.In a preferred embodiment the invention is the dopant concentration in the buried Adjacent area in a central area between source and drain areas reduced to the source and drain regions arranged areas. Furthermore, it is possible that the buried area in the substrate material from below the drainage area extends to below the source region and the body zone of the source region extends so deeply into the semiconductor body is that a remaining area of the drift zone in the blocking case completely from Carriers are cleared out can. About that In addition, it is also conceivable, more buried layers below the complementary of the doped area, in particular on the drain side. These extra buried Layers influence the propagation of the space charge zone in the Substrate electrode.
Die Dicke des Substrats beeinflusst neben der Dotierung die Durchbruchsspannung der Substratdiode und über das Verhältnis der Länge des Driftgebiets zur Dicke des Substrats als Kopplungsschicht kann der Verlauf der Ausgangskapazität einge stellt werden. Darüber hinaus können, wie oben bereits diskutiert, die Abstände der Kompensationszonen variiert werden, was die Verteilung des elektrischen Feldes beeinflusst.The Thickness of the substrate influences the breakdown voltage in addition to the doping the substrate diode and over The relationship the length of the drift region to the thickness of the substrate as a coupling layer the course of the output capacity be set. About that in addition, as discussed above, the distances of the compensation zones be varied, which affects the distribution of the electric field.
Der Querschnitt der Kompensationszonen entspricht den oben diskutierten Querschnitten und als MOS-Zelle im Bereich des Sourcegebiets kommt sowohl eine planare Zelle in Frage als auch eine Trench-Zelle oder eine gedreht Trench-Zelle. Derartige Trench-Zellen haben den Vorteil, eine geringere Kanallänge zu realisieren, was die Schaltgeschwindigkeit der MOS-Kompensationshalbleiterbauteile erhöht.Of the Cross-section of the compensation zones corresponds to those discussed above Cross sections and as MOS cell in the region of the source region comes both a planar cell in question as well as a trench cell or a turned trench cell. Such trench cells have the advantage a smaller channel length to realize what the switching speed of the MOS compensation semiconductor devices elevated.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.
Das
Driftgebiet
Die
Kompensationszellen
Senkrecht
zu der Pfeilrichtung C, in der sich die Sourceelektrode
In
der Schnittebene B-B' der
Folglich
kann das Substrat
Die
elektrische Kopplung erfolgt vielmehr durch eine schwach dotierte
p-leitende Kopplungsschicht
Den Verlauf der Ausgangskapazität CDS in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung UDS für herkömmliche unkompensierte laterale MOS-Strukturen zeigt schematisch die Kurve II und demonstriert, dass die Ausgangskapazität CDS relativ unabhängig von der Drain-Source-Spannung UDS bleibt. Der Effekt eines steilen Abfalls der Ausgangskapazität CDS ist nicht vorhanden.The course of the output capacitance C DS in dependence on the drain source voltage U DS for conventional uncompensated lateral MOS structures schematically shows the curve II and demonstrates that the output capacitance C DS remains relatively independent of the drain-source voltage U DS. The effect of a steep drop in the output capacitance C DS does not exist.
Die Kurve II zeigt den Verlauf der Ausgangskapazität CDS in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung UDS für eine laterale MOS-Struktur mit ladungskompensierter Driftstrecke. Die Kurve II zeigt eine Art Badewannenkontur. Einerseits sinkt die Drain-Sourcekapazität CDS im Mittenbereich der Drain-Source-Spannung UDS nicht extrem ab, sondern verbleibt auf einer Kapazität, die kleiner ist als bei unkompensierten lateralen MOS-Strukturen und die andererseits mit zunehmender Drain-Source-Spannung UDS wider ansteigt. Bei diesem Verlauf der Source-Drainkapazität CDS gemäß Kure III kann der Filteraufwand zum Ausfiltern von Störfeldern gegenüber vertikalen MOS-Strukturen vermindert werden und gleichzeitig eine Raumersparnis auf den Schaltungsplatinen erreicht werden, da teilweise auf entsprechende EMV-Filter (elektromagnetische Filter zur Erfüllung von Verträglichkeitsnormen) verzichtet werden kann.The curve II shows the curve of the output capacitance C DS as a function of the drain-source voltage U DS for a lateral MOS structure with charge-compensated drift path. The curve II shows a kind bath tub contour. On the one hand, the drain-source capacitance C DS does not drop extremely in the middle region of the drain-source voltage U DS , but instead remains on a capacitance which is smaller than in uncompensated lateral MOS structures and, on the other hand, with increasing drain-source voltage U DS rises again. In this course of the source drain capacitance C DS according to Kure III, the filtering effort to filter out interference fields can be reduced compared to vertical MOS structures and simultaneously achieved a space savings on the circuit boards, partly due to appropriate EMC filters (electromagnetic filters to meet compatibility standards ) can be omitted.
Die
in
Die
Auswirkungen dieses komplementär
dotierten vergrabenen Gebietes
In
Werden in dieser Weise die Kompensationszellen über das Substratmaterial angeschlossen, ergibt sich der Vorteil, dass im Schaltfall die Ladungsträger über das auf Sourcepotential gelegte Substrat abfließen können. Zum anderen aber entsteht beim Herstellungsprozess keine Einschränkung dadurch, dass man den Abstand der hochdotierten Kompensationszellen zum Substrat zur Ausbildung einer Pufferzone genau einhalten muss. Entscheidend ist jedoch, dass durch den Kontakt über das Substrat kein Einschaltwiderstandsverlust im Gegensatz zu einer Kontaktierung über eine in der Driftzone platzierte Kopplungsstruktur hingenommen werden muss, obwohl die Kompensationszellen über das Substrat kontaktiert werden.Become connected in this way the compensation cells via the substrate material, there is the advantage that in the case of switching the charge carriers on the can drain to source potential laid substrate. On the other hand arises In the manufacturing process, no limitation by the Distance of highly doped compensation cells to the substrate for formation a buffer zone must comply exactly. Crucial, however, is that through contact over the substrate no Einschaltwiderstandsverlust as opposed to a contact via a be placed in the drift zone placed coupling structure must, although the compensation cells contacted via the substrate become.
Die
von diesem vergrabenen komplementär dotierten Gebiet im Substrat
entstehende Raumladungszone koppelt die Kompensationszellen vom Substratpotential
ab, wenn die Kompensationszellen im Abstand voneinander und in der
Dotierung auf die Substratdotierung angepasst sind. Die vergrabene Schicht
sollte Idealerweise nicht bis unter die MOS-Zelle reichen, da sonst
dort auch eine Kompensation notwendig wird. Dieses hat, wie es die
- 11
- Kompensationshalbleiterbauteil (1. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (1st embodiment)
- 22
- Kompensationshalbleiterbauteil (2. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (2nd embodiment)
- 33
- Kompensationshalbleiterbauteil (3. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (3rd embodiment)
- 44
- Kompensationshalbleiterbauteil (4. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (4th embodiment)
- 55
- Kompensationshalbleiterbauteil (5. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (5th embodiment)
- 66
- Kompensationshalbleiterbauteil (6. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (6th Embodiment)
- 77
- Kompensationshalbleiterbauteil (7. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (Seventh Embodiment)
- 88th
- Kompensationshalbleiterbauteil (8. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (8th embodiment)
- 99
- Kompensationshalbleiterbauteil (9. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (9th Embodiment)
- 1010
- Kompensationshalbleiterbauteil (10. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (10th embodiment)
- 1111
- Kompensationshalbleiterbauteil (11. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (11th Embodiment)
- 1212
- Kompensationshalbleiterbauteil (12. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (12th Embodiment)
- 1313
- Kompensationshalbleiterbauteil (13. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (13th embodiment)
- 1414
- Kompensationshalbleiterbauteil (14. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (14th embodiment)
- 1515
- Kompensationshalbleiterbauteil (15. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (15th embodiment)
- 1616
- Kompensationshalbleiterbauteil (16. Ausführungsform)Compensation semiconductor component (16th Embodiment)
- 1717
- Kompensationshalbleiterbauteil (Stand der Technik)Compensation semiconductor component (State of the art)
- 1818
- Kompensationszellecompensation cell
- 1919
- Driftgebietdrift region
- 2020
- Sourcegebietsource region
- 2121
- Draingebietdrain region
- 2222
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 2323
- Substratsubstratum
- 2424
- Kopplungsschichtcoupling layer
- 2525
- Kopplungsstrukturcoupling structure
- 2626
- Oberseite des Halbleiterkörperstop of the semiconductor body
- 2727
- Pufferzonebuffer zone
- 2828
- runder Querschnittround cross-section
- 2929
- quadratischer Querschnittsquare cross-section
- 3030
- Mittenbereichmid-range
- 3131
- vergrabenes Gebietburied area
- 3232
- strukturierte vergrabene Schichtstructured buried layer
- 3333
- Zellen der vergrabenen Schichtcell the buried layer
- 3434
- Zwischenraum zwischen den Zellengap between the cells
- 3535
- Verbindungsschichtlink layer
- 3636
- BodyzoneBody zone
- 3737
- Sourceelektroden/AnschlussgebietSource electrode / connection area
- 3838
- Gateelektrodegate electrode
- 3939
- Gate-IsolierschichtGate insulating layer
- 4040
- Drainelektroden-AnschlussgebietDrain electrode terminal area
- 4141
- n-leitende Epitaxieschichtn-type epitaxial layer
- 4242
- p-leitende WanneP-type tub
- 4343
- Trenchtrench
- 4444
- p--leitende Streifenp - conducting stripes
- 4545
- Sourceelektrodesource electrode
- 4646
- Drainelektrodedrain
- 4747
- n+-leitende Sourcezonen + -conducting source zone
- 4848
- n+-leitende Drainzonen + -type drain zone
- 4949
- Kompensationszelle unterhalb der Bodyzonecompensation cell below the bodyzone
- 5050
- Oberseite des Substratstop of the substrate
- 5151
- Kompensationszellen benachbart zum Kanalgebietcompensation cells adjacent to the canal area
- 5252
- Kanalgebietchannel region
- 5353
- Wände der TrencheWalls of the trenches
- 5454
- Äquipotentiallinieequipotential
- II
-
erste
Kurve in
8 first turn in8th - IIII
-
zweite
Kurve in
8 second turn in8th - aa
- Abstand der Kompensationszellendistance the compensation cells
- a1 a 1
- Abstand der Kompensationszellendistance the compensation cells
- a2 a 2
- Abstand der Kompensationszellendistance the compensation cells
- A-A'A-A '
- Schnittebenecutting plane
- B-B'B-B '
- Schnittebenecutting plane
- CC
- Pfeilrichtungarrow
- CDS C DS
- Drain-SourcekapazitätDrain-source capacitance
- UDS U DS
- Drain-SourcespannungDrain-source voltage
- dd
- Dicke der Kopplungsschichtthickness the coupling layer
- DD
- Dicke der Epitaxieschichtthickness the epitaxial layer
- GG
- Gate-KontaktGate contact
- ll
- Länge entlang der Source-DrainstreckeAlong the length the source-drain route
- nn
- n-Leitungstypn-type conductivity
- pp
- p-Leitungstypp-conductivity type
- SS
- Source-KontaktSource contact
- tt
- ZeitTime
- TT
- Tiefe der Kompensationszellendepth the compensation cells
Claims (24)
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