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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterbauelementanordnung
gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1.
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Derartige
Halbleiterbauelementanordnungen, die unabhängig von dem für die Halbleiterschicht
verwendeten Halbleitermaterial auch als SOI-Bauelemente bezeichnet
werden, sind allgemein bekannt.
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Die
Dicke der zwischen dem Halbleitersubstrat und der Halbleiterschicht
angeordneten Isolationsschicht ist bei diesen Bauelementen so bemessen,
dass bei den maximal vorkommenden Potentialunterschieden zwischen
dem Substrat, das üblicherweise
auf einem festen Potential liegt, und den in der Halbleiterschicht
vorkommenden Potentialen eine ausreichende Spannungsfestigkeit gewährleistet
und ein Spannungsdurchbruch der Isolationsschicht verhindert wird.
Bei Leistungsbauelementen, die eine Spannungsfestigkeit im Bereich
von einigen kV besitzen, ist die Isolationsschicht entsprechend
dick auszulegen. Nachteilig ist hierbei neben den höheren Herstellungskosten,
dass der thermische Widerstand der Isolationsschicht mit zunehmender
Dicke zunimmt, wodurch sich die Wärmeableitung aus der Halbleiterschicht
an das unter der Isolationsschicht liegende Halbleitersubstrat verschlechtert.
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Zur
Verbesserung der Wärmeableitung
aus einer Halbleiterschicht, die auf einer Isolationsschicht oberhalb
eines Halbleitersubstrats ausgebildet ist und in der symmetrisch
aufgebaute laterale MOSFET ausgebildet sind, ist es aus der
US 6,121,661 bekannt, die
Source- und Drain-Zonen der MOSFET über stark dotierte Halbleiterzonen
durch die Isolationsschicht hindurch an das Substrat anzuschließen. Diese
Halbleiterzonen sind vom selben Leitungstyp wie die Source- und Drain-Zonen
und komplementär zu
dem Substrat dotiert. Die in der genannten Druckschrift beschriebenen
MOSFET sind Logikbauelemente, was am Fehlen einer Driftzone erkennbar
ist, und somit auf entsprechend niedrige Spannungsfestigkeiten ausgelegt.
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In
der
DE 101 06 073
A1 ist die Realisierung eines Leistungsbauelements in einer
Halbleiterschicht auf einer dünnen,
für Logikbauelemente
geeigneten Isolationsschicht beschrieben, wobei zur Reduktion der
Spannungsbelastung der Isolationsschicht vorgesehen ist, die Anschlusszone
des Bauelements, die gegenüber
dem Substrat das höchste Potential
aufweist, durch die Isolationsschicht bis in das komplementär dotierte
Substrat zu verlängern.
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Die
US 6,297,534 B1 beschreibt
ein SOI-Bauelement mit einem Halbleitersubstrat, einer auf dem Halbleitersubstrat
angeordneten Isolationsschicht und einer auf der Isolationsschicht
angeordneten Halbleiterschicht, wobei in dieser Halbleiterschicht
ein lateraler MOSFET realisiert ist. Der MOSFET umfasst eine Source-Zone
und eine in lateraler Richtung zu der Source-Zone beabstandet angeordnete
Drain-Zone, eine sich an die Drain-Zone anschließende Driftzone sowie eine
zwischen der Driftzone und der Source-Zone angeordnete komplementär zu der
Source-Zone dotierte Body-Zone. Die Driftzone ist bei diesem Bauelement
derart ausgestaltet, dass sie jeweils benachbart zueinander eine
Anzahl komplementär
dotierter Halbleiterzonen aufweist, die sich im Sperrfall gegenseitig
an Ladungsträgern
ausräumen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterbauelementanordnung
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, bei dem die
Spannungsbelastung der Isolationsschicht reduziert ist und bei dem darüber hinaus
eine verbesserte Wärmeableitung aus
der Halbleiterschicht in das Substrat gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bauelementanordnung gemäß der Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Halbleiterbauelementanordnung umfasst ein Halbleitersubstrat eines
ersten Leitungstyps, eine auf dem Substrat angeordnete Isolationsschicht,
sowie eine auf der Isolationsschicht angeordnete Halbleiterschicht.
In dieser Halbleiterschicht ist ein laterales Halbleiterbauelement
mit wenigstens einer ersten Halbleiterzone eines zweiten Leitungstyps,
einer sich an die erste Halbleiterzone anschließenden zweiten Halbleiterzone
des ersten Leitungstyps und mit einer stärker als die zweite Halbleiterzone
dotierten dritten Halbleiterzone beabstandet zu der ersten Halbleiterzone
ausgebildet.
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Die
erste und zweite Halbleiterzone bilden einen pn-Übergang, ausgehend von dem
sich bei Anlegen einer den pn-Übergang
in Sperrrichtung polenden Spannung eine Raumladungszone in der zweiten
Halbleiterzone ausbildet, die schwächer als die erste Halbleiterzone
dotiert ist und deren Dotierung und Abmessungen die Spannungsfestigkeit
des Bauelements bestimmen. Bei einem als MOSFET ausgebildeten Bauelement
bildet diese zweite Halbleiterzone die Driftzone des Bauelements,
bei einer Diode oder einem IGBT eine Basiszone des Bauelements.
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Zur
Verbesserung der Wärmeableitung
aus der Halbleiterschicht und zur Reduzierung der Spannungsbelastung
der Isolationsschicht ist wenigstens eine vierte Halbleiterzone
des zweiten Leitungstyps vorgesehen, die einen in der zweiten Halbleiterzone ausgebildeten
ersten Abschnitt und eine in dem darunter liegenden Substrat ausgebildeten
zweiten Abschnitt aufweist, die durch die Isolationsschicht hindurch
elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise
sind eine Vielzahl solcher vierter Halbleiterzonen in lateraler
Richtung der Halbleiterschicht beabstandet zueinander vorgesehen.
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Bei
einer Ausführungsform
ist dabei vorgesehen, dass sich die vierten Halbleiterzone ausgehend
von einer der Isolationsschicht abgewandten Vorderseite der Halbleiterschicht
durch die Halbleiterschicht und die Isolationsschicht bis in das
Halbleitersubstrat erstrecken. Der erste und zweite Abschnitt sind
in diesem Fall jeweils Teil eines zusammenhängenden, sich durch die Isolationsschicht
bis in das Substrat erstreckenden, komplementär zu der zweiten Halbleiterzone
dotierten Halbleitergebiets. Vorzugsweise sind die vierten Halbleiterzonen
in diesem Fall säulenförmig ausgebildet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt
der vierten Halbleiterzone voneinander durch die Isolationsschicht
getrennt von einander angeordnet sind, wobei sich ein elektrisch
leitendes Verbindungsmaterial, beispielsweise ein Metall oder eine Metall-Halbleiter-Verbindung,
wie z.B. ein Silizid, durch die Isolationsschicht von dem ersten
Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt erstreckt.
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Die
vierten Halbleiterzonen, gegebenenfalls in Verbindung mit dem leitenden
Verbindungsmaterial gewährleisten
eine gute Wärmeabfuhr
aus der Halbleiterschicht in das volumenmäßig wesentlich größere Halbleitersubstrat.
Darüber
hinaus bewirken diese vierten Halbleiterzonen eine Reduktion der Spannungsbelastung
der Isolationsschicht. Breitet sich bei Anlegen einer Sperrspannung,
durch die der pn-Übergang
zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone in Sperrrichtung
gepolt ist, eine Raumladungszone in der zweiten Halbleiterzone in
Richtung der dritten Halbleiterzone aus, so nehmen die vierten Halbleiterzonen
jeweils das Potential an, das die Raumladungszone bei Erreichen
der jeweiligen vierten Halbleiterzone besitzt. Die vierten Halbleiterzonen
sind hierbei im Vergleich zu der zweiten Halbleiterzone so hoch
dotiert, dass sie nie vollständig
an freien Ladungsträgern
ausgeräumt
werden. Über
die vierten Halbleiterzonen wird das unter der Isolationsschicht
liegende Substrat somit jeweils auf das lokale Potential gelegt,
das die zweite Halbleiterzone im Bereich der jeweiligen vierten
Halbleiterzone besitzt, wodurch die eine Spannungsbelastung der
Isolationsschicht deutlich reduziert ist.
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Das
in der Halbleiterschicht ausgebildete Bauelement kann als beliebiges,
einen pn-Übergang aufweisendes
Leistungsbauelement ausgebildet sein.
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So
kann das Bauelement als Diode ausgebildet sein, wobei dann die dritte
Halbleiterzone vom selben Leitungstyp wie die zweite Halbleiterzone
ist.
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Zur
Realisierung eines MOS-Transistors ist wenigstens eine fünfte Halbleiterzone
vorhanden, die durch die erste Halbleiterzone von der zweiten Halbleiterzone
getrennt ist, und bei dem eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper ausgebildete
Ansteuerelektrode benachbart zu der ersten Halbleiterzone vorhanden
ist. Diese fünfte
Halbleiterzone bildet die Source-Zone
des Transistors, dessen Body-Zone durch die erste Halbleiterzone,
dessen Driftzone durch die zweite Halbleiterzone und dessen Drain-Zone
durch die dritte Anschlusszone gebildet ist.
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Die
Drain-Zone ist bei einem MOSFET vom selben Leitungstyp wie die Driftzone
und bei einem IGBT komplementär
zu der Drift-Zone dotiert. Bei einem IGBT sind anstelle der Begriffe
Source-, Drain-Zone und Driftzone auch die Begriffe Emitter-, Kollektorzone
und Basiszone gebräuchlich.
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Vorzugsweise
ist wenigstens ein gegenüber dem
Leistungs-Halbleiterbauelement
elektrisch isolierter weiterer Bauelementbereich vorhanden ist,
in dem weitere Halbleiterbauelemente integriert sind. In diesem
Bauelementbereich können
beispielsweise Ansteuer- und Auswerteschaltungen für das Leistungsbauelement
integriert werden, die über
eine oberhalb der Halbleiterschicht angeordnete Verdrahtungsebene
mit dem Leistungsbauelement verbunden sind.
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Die
Isolation des weiteren Bauelementbereiches gegenüber dem Leistungsbauelement
kann durch eine sogenannte Junction-Isolation mit einem pn-Übergang
oder durch einen Graben, der bis an die Isolationsschicht reicht,
erfolgen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung
mit einem als MOS-Transistor
ausgebildeten Halbleiterbauelement, das in einer Halbleiterschicht
auf einem Isolator angeordnet ist, in Seitenansicht im Querschnitt (1a)
und in Draufsicht auf eine Schnittebene A-A (1b).
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung
mit einem als Diode ausgebildeten Halbleiterbauelement in Seitenansicht
im Querschnitt.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung,
die weitere Bauelementbereiche zur Integration von Halbleiterbauelementen
aufweist.
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4 zeigt
eine Abwandlung der in 3 dargestellten
Bauelementanordnung.
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5 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Bauelementanordnung mit weiteren Bauelementbereichen zur Integration
von Halbleiterbauelementen.
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6 veranschaulicht eine alternative Möglichkeit
zur wärmeleitenden
Kopplung der Halbleiterschicht und des Halbleitersubstrats.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauelementbereiche und gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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Die
in den 1a und 1b dargestellte Bauelementanordnung
umfasst ein p-dotiertes Halbleitersubstrat 10, auf das
eine Isolationsschicht 20, beispielsweise eine Halbleiteroxid-Schicht, aufgebracht
ist. Auf diese Isolationsschicht 20 ist eine Halbleiterschicht 30 aufgebracht,
in der bei der Bauelementanordnung gemäß 1 ein
als lateraler MOSFET bzw. lateraler IGBT ausgebildetes Leistungsbauelement
integriert ist. In diese Halbleiterschicht 30 ist hierzu
ausgehend von einer dem Substrat abgewandten Vorderseite 31 der
Halbleiterschicht 30 eine komplementär zu der Grunddotierung dotierte
erste Halbleiterzone 40 eingebracht, die die Body-Zone
des MOSFET bildet. An diese Body-Zone 40 schließt sich
in lateraler Richtung eine zweite Halbleiterzone 70 an,
deren Dotierung der Grunddotierung der Halbleiterschicht 30 entspricht,
und die die Driftzone des MOSFET/IGBT bildet. In lateraler Richtung
beabstandet zu der Body-Zone 40 ist eine dritte Halbleiterzone 80 angeordnet,
die stärker
als die Driftzone 70 dotiert ist und die die Drain-Zone
des Bauelements bildet. Die dritte Halbleiterzone ist bei einem
MOSFET vom selben Leistungstyp wie die Driftzone und bei einem IGBT
komplementär
zu der Driftzone dotiert.
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In
der Driftzone 70 sind mehrere in lateraler Richtung beabstandet
zueinander angeordnete, komplementär zu der Driftzone 70 dotierte
vierte Halbleiterzonen 90 vorhanden, deren Aufbau und Funktionsweise
nachfolgend noch erläutert
werden wird.
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Die
Source-Zone des MOSFET/IGBT ist durch eine fünfte Halbleiterzone 50 gebildet,
die in dem Ausführungsbeispiel
in der Body-Zone 40 eingebettet ist. Die Body-Zone 40 und
die Source-Zone 50 sind gemeinsam durch eine Source-Elektrode 51 kontaktiert.
Außerdem
ist benachbart zu der Body-Zone 40 und durch eine Isolationsschicht 60 isoliert
gegenüber
der Halbleiterschicht 30 eine Gate-Elektrode 60 vorhanden.
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Bei
einem n-leitenden MOSFET sind die Source-Zone 50, die Driftzone 70 und
die Drain-Zone 80 n-dotiert, und die Body- Zone ist p-dotiert.
Bei einem p-leitenden MOSFET sind diese Dotierungen komplementär.
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Die
vierten Halbleiterzonen 90 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
säulenförmig ausgebildet
und erstrecken sich ausgehend von der Vorderseite 31 der
Halbleiterschicht 30 durch die Halbleiterschicht 30 und
die Isolationsschicht 20 bis in das Halbleitersubstrat 10.
Diese Halbleiterzonen 90 umfassen somit jeweils einen ersten
Abschnitt 91 in der Halbleiterschicht 30 und einen
zweiten Abschnitt 92 in dem Halbleitersubstrat 10,
wobei diese Abschnitte 91, 92 durch p-dotiertes Halbleitermaterial
in den Aussparungen der Isolationsschicht 20 miteinander verbunden
sind.
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Alternativ
zu dem in 1 dargestellten homogenen
Aufbau dieser vierten Halbleiterzone 90 besteht bezugnehmend
auf 6 die Möglichkeit, voneinander getrennte
erste und zweite Abschnitte 91, 92 in der Halbleiterschicht 30 und
dem Halbleitersubstrat 10 vorzusehen, und diese beiden
Abschnitte 91, 92 durch eine elektrisch leitende
Verbindung 96 miteinander zu verbinden. Diese leitende
Verbindung 96 besteht hierzu beispielsweise aus einem Metall oder
einer Metall-Halbleiter-Verbindung.
Bei Verwendung von Silizium als Halbleiterbauelement ist diese Verbindung
ein Silizid, wie beispielsweise Tantal- oder Wolfram-Silizid.
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Aufgabe
der vierten Halbleiterzonen 90, unabhängig von deren Aufbau, ist
es, eine gute Wärmeabfuhr
aus der Halbleiterschicht 30 in das Halbleitersubstrat 10 zu
gewährleisten.
Um dabei einen Querstrom aus der Halbleiterschicht 30 in
das Halbleitersubstrat 10 zu vermeiden, liegt das Halbleitersubstrat 10 auf
dem höchsten
in der Bauelementanordnung vorkommenden Potential. Bei dem in 1 dargestellten n-leitenden MOSFET liegt dieses höchste Potential üblicherweise
an dessen Drain-Anschluss 80, D an, während der Source-Anschluss 51,
S üblicherweise
auf einem niedrigeren Potential oder Bezugspotential liegt. Zum
Anlegen des höchsten
Potenti als ist das Halbleitersubstrat 10 in dem dargestellten
Beispiel an den Drain-Anschluss D angeschlossen. Hierfür ist in
dem dargestellten Beispiel ausgehend von der Vorderseite 31 ein
Graben 301 in der Halbleiterschicht 30 gebildet,
der durch die Isolationsschicht 20 bis in das Halbleitersubstrat 10 reicht. Am
Boden dieses Grabens ist eine stark n-dotierte Halbleiterschicht 81 aufgebracht,
die mit der Drain-Zone 80, D kurzgeschlossen ist, was in 1a lediglich
schematisch dargestellt ist. In dem Beispiel gemäß 1a ist
der Drain-Anschluss 80 in der Nähe eines Randes des Bauelementes
angeordnet, so dass die Aussparung 301 lediglich auf einer
Seite von der Halbleiterschicht 30 begrenzt ist.
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Durch
das Anschließen
des Halbleitersubstrats 10 an das höchste in der Bauelementanordnung vorkommende
Substrat ist sichergestellt, dass das Potential in der Halbleiterschicht 30 stets
kleiner oder gleich diesem Potential ist, so dass die pn-Übergänge zwischen
den vierten Halbleiterzonen 90 und dem Halbleitersubstrat 10 stets
in Sperrrichtung gepolt sind, wodurch ein Querstrom zwischen der
Halbleiterschicht 30 und dem Halbleitersubstrat 10 verhindert
wird.
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Die
vierten Halbleiterzonen 90 dienen weiterhin zur Reduktion
der Spannungsbelastung der Isolationsschicht 20 bei Anlegen
einer Sperrspannung, wie nachfolgend erläutert ist:
Liegt eine
positive Spannung zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss
S an, so ist der pn-Übergang
zwischen der Body-Zone 40 und der Driftzone 70 in
Sperrrichtung gepolt. Ist die Gate-Elektrode 60 bei diesem
Schaltzustand sperrend angesteuert, so breitet sich ausgehend von
dem pn-Übergang
mit zunehmender Sperrspannung eine Raumladungszone in der Driftzone 70 aus,
die in Richtung der Drain-Zone 80 fortschreitet. Erreicht
die Raumladungszone dabei nach und nach die vierten Halbleiterzonen 90,
die so stark dotiert sind, dass sie nicht vollständig ausgeräumt werden, so werden diese
vierten Halbleiterzonen 90 auf dem Potential festgehal ten,
das die Raumladungszone besitzt, wenn sie die jeweilige vierte Halbleiterzone 90 erreicht. Durch
die die Isolationsschicht 20 durchdringenden vierten Halbleiterzonen 90 wird
das unter der Isolationsschicht 20 liegende Halbleitersubstrat 10 im
Bereich der zweiten Abschnitte 92 auf ein entsprechendes
Potential gelegt, so dass die Isolationsschicht 20 unmittelbar
benachbart zu den vierten Halbleiterzonen 90 keiner Spannungsbelastung
unterliegt. Zum besseren Verständnis
ist oberhalb der Querschnittsdarstellung in 1a der
Verlauf des elektrischen Feldes in der Driftzone 70 zwischen
den vierten Halbleiterzonen 90 bei anliegender Sperrspannung
dargestellt, wobei für
die Darstellung davon ausgegangen ist, dass die Raumladungszone
bis zu einem Punkt x in der Driftzone 40 fortgeschritten
ist. Das Potential an den jeweiligen Positionen der Driftzone 70 entspricht
dem Integral der Feldstärke
ausgehend von dem pn-Übergang.
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Da
bedingt durch die vierten Halbleiterzonen 90 in dem Halbleitersubstrat 10 ebenfalls
ein Gradient des Feldstärkeverlaufes
vorliegt, ergibt sich auch in lateraler Richtung beabstandet zu
den vierten Halbleiterzonen 90 nur eine unwesentliche Spannungsbelastung
der Isolationsschicht 20.
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2 zeigt
in Seitenansicht im Querschnitt ein als Diode ausgebildetes Leistungsbauelement
in der Halbleiterschicht 30. Der Aufbau dieses Diodenbauelements
entspricht dem Aufbau des anhand von 1 erläuterten
MOSFET, wobei die p-dotierte
erste Halbleiterzone 40 in diesem Fall den Anodenanschluss
der Diode und die stark n-dotierte dritte Halbleiterzone 80,
die beabstandet zu der Anodenzone 40 angeordnet ist, die
Kathodenzone bildet. Der pn-Übergang
sperrt bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Kathode 80,
K und Anode 40, A, wobei sich hinsichtlich des Feldstärkeverlaufes und
der Spannungsbelastung dieselbe Situation wie für den in 1a erläuterten
MOSFET ergibt.
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Vorteilhafterweise
sind in der Halbleiterschicht 30 oberhalb des Halbleitersubstrats 10 neben dem
Leistungsbauelement weitere Bauelemente, insbesondere Logikbauelemente
integriert, die beispielsweise eine Ansteuerschaltung für das in
der Halbleiterschicht 30 integrierte Leistungsbauelement,
also den MOSFET oder IGBT gemäß 1 oder die Diode gemäß 2 bilden,
bilden, was in 3 veranschaulicht ist. 3a zeigt
beabstandet zu dem Leistungsbauelement, das in dem Beispiel als
MOSFET ausgebildet ist, von dem nur dessen Source- und Body-Zone 50, 40 dargestellt
sind, mehrere nebeneinander angeordnete Bauelementbereiche 31, 32, 33, 34,
die jeweils durch Abschnitte 71, 72, 73 , 74 der
Halbleiterschicht 30 gebildet sind, und die durch eine
in Draufsicht (siehe 3b) gitterartig ausgebildete
komplementär
zu der Halbleiterschicht 30 dotierte Halbleiterstruktur 100,
die in dem Beispiel stark p-dotiert ist, voneinander getrennt sind.
Diese gitterartige Halbleiterstruktur 100 reicht entsprechend
der vierten Halbleiterzonen 90 durch die Isolationsschicht 20 bis
in das Halbleitersubstrat 10. In den von dieser Halbleiterstruktur 100 umgebenen Bauelementbereichen
können
beliebige Halbleiterbauelemente integriert und über eine nicht näher dargestellte
Verdrahtungsebene zu einer Schaltungsstruktur miteinander verbunden
werden. Beispielhaft zeigt 3a einen
in dem Bauelementbereich 32 integrierten PMOS-Transistor
mit p-dotierten Source- und Drainzonen 101, 104 und
einer auf der Halbleiterschicht 30 angeordneten Gateelektrode 103,
die durch eine Isolationsschicht 102 gegenüber der Halbleiterschicht 30 isoliert
ist. In dem benachbarten Bauelementbereich 33 ist ein NMOS-Transistor
ausgebildet. Hierzu ist in dem n-dotierten Halbleiterabschnitt 73 eine
p-dotierte Wanne 43 gebildet, in der beabstandet zueinander
n-dotierte Source- und Drain-Zonen 201, 204 angeordnet
sind. Eine Gate-Elektrode 203 ist isoliert durch eine Isolationsschicht 202 oberhalb
der Halbleiterschicht 30 angeordnet. Die gitterartige Halbleiterstruktur 100 isoliert die
einzelnen Bauelementbereiche 31, 32, 33, 34 durch
pn-Übergänge gegeneinander.
Außerdem
isoliert diese Halbleiterstruktur 100 auch alle Bauelementbe reiche
durch einen pn-Übergang
gegenüber dem
in lateraler Richtung beabstandet zu diesem Bauelementbereichen 31, 32, 33, 34 angeordneten Leistungsbauelement.
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Vorteilhafterweise
ist die p-dotierte Bodyzone 40 durch stark p-dotierte Halbleiterzonen 93,
die sich entsprechend der vierten Halbleiterzone 90 durch
die Isolationsschicht 20 bis in das Halbleitersubstrat 10 erstrecken,
an das Substrat 10 angeschlossen.
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Anstelle
einer Isolation der Bauelementbereiche 31, 32, 33, 34 durch
pn-Übergänge gegenüber dem
Leistungsbauelement besteht bezugnehmend auf 4 auch die
Möglichkeit,
diesen Bauelementbereich durch einen Graben 300 der sich
ausgehend von der Vorderseite 31 der Halbleiterschicht 30 bis
an die Isolationsschicht oder durch diese hindurch erstreckt, gegenüber dem
Leistungsbauelement zu isolieren.
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Bei
dem Bauelement gemäß 1 befindet sich die Aussparung 301, über welche
das Substrat 10 an den Drain-Anschluss D bzw. den Kathodenanschluss
K angeschlossen ist, am Rand der Anordnung. 5 zeigt
eine Abwandlung dieses Bauelements, wobei die Aussparung 301 bei
dem Bauelement gemäß 5 beabstandet
zum Rand der Anordnung liegt. Die in 5 dargestellte
Aussparung 301 dient gleichzeitig als Isolation zwischen
dem Leistungsbauelement und weiteren Bauelementbereichen 35, 36,
in denen weitere Halbleiterbauelemente integriert sind. Beispielhaft
zeigt 5 einen Bauelementbereich 35, in dem
ein NMOS-Transistor mit einer Source- und Drain-Zone 401, 404 in
einer p-dotierten Wanne 45 angeordnet ist. Die Gate-Elektrode 403 und
die Gate-Isolation 402 befinden sich oberhalb der Halbleiterschicht 30.
In einem weiteren in 5 dargestellten Bauelementbereich 66 ist
ein PMOS-Transistor
mit einer Source- und einer Drain-Zone 501, 504 sowie
einer Gate-Elektrode 503 auf einer Gate-Isolation 502 dargestellt.
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Der
Vorteil der dargestellten Bauelementanordnung besteht darin, dass
aufgrund der komplementär
zu dem Halbleitersubstrat 10 dotierten vierten Halbleiterzone 90,
die sich aus aktiven Bauelementbereichen bis in das Halbleitersubstrat 10 erstrecken, die
Isolationsschicht 20 nahezu keiner Spannungsbelastung unterliegt.
Hierdurch besteht die Möglichkeit,
Leistungsbauelemente auch auf sehr dünnen Isolationsschichten, beispielsweise
auf Isolationsschichten, die bisher nur im Zusammenhang mit Logikbauelementen
verwendet wurden, anzuordnen. Darüber hinaus gewährleisten
die viere Halbleiterzonen eine gute Wärmeabfuhr aus der Halbleiterschicht.
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Die
Bauelementanordnung ist auf beliebige Leistungsbauelemente mit einer
eine Sperrspannung aufnehmenden Driftstrecke anwendbar und nicht
auf die dargestellten MOSFET, IGBT und Dioden beschränkt. Die
Bauelementanordnung ist insbesondere auch zur Integration von Schottky-Dioden
oder Sperrschicht-FET geeignet. Als Halbleitermaterialien eignen
sich beliebige Halbleitermaterialien, neben Silizium beispielsweise
auch Galliumarsenid oder Galliumnitrid.
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- S
- Source-Anschluss
- D
- Drain-Anschluss
- A
- Anodenanschluss
- K
- Kathodenanschluss
- 10
- Halbleitersubstrat
- 20
- Isolationsschicht
- 30
- Halbleiterschicht
- 31
- Vorderseite
der Halbleiterschicht
- 31,
32, 33, 34
- Bauelementbereiche
- 40
- erste
Halbleiterzone, Body-Zone, Anoden
-
- zone
- 43
- p-dotierte
Halbleiterzone
- 45
- p-dotierte
Halbleiterzone
- 50
- fünfte Halbleiterzone,
Source-Zone
- 60
- Ansteuerelektrode,
Gate-Elektrode
- 61
- Isolationsschicht,
Gate-Isolation
- 70
- zweite
Halbleiterzone, Driftzone
- 71,
72, 73, 74
- Abschnitte
der Halbleiterschicht
- 75,
76
- Abschnitte
der Halbleiterschicht
- 80
- dritte
Halbleiterzone, Drain-Zone
- 81
- Anschlusszone
- 90
- vierte
Halbleiterzone
- 91
- erster
Abschnitt der vierten Halbleiter
-
- zone
- 92
- zweiter
Abschnitt der vierten Halbleiter
-
- zone
- 93
- stark
p-dotierte Zonen
- 96
- elektrisch
leitende Verbindungszone
- 101,
104
- p-dotierte
Halbleiterzonen
- 102
- Isolationsschicht
- 103
- Ansteuerelektrode
- 201,
204
- n-dotierte
Halbleiterzonen
- 202
- Isolationsschicht
- 203
- Gate-Elektrode
- 300
- Aussparung
- 301
- Aussparung
- 401,
404
- n-dotierte
Halbleiterzonen
- 402
- Isolationsschicht
- 403
- Gate-Elektrode
- 501,
504
- p-dotierte
Halbleiterzonen
- 502
- Isolationsschicht
- 503
- Gate-Elektrode