DE112007000803T5

DE112007000803T5 - Ladungsgleichgewichtstechniken für Leistungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE112007000803T5
Application number: DE112007000803T
Authority: DE
Inventors: Christopher Boguslaw Kocon
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2009-01-29
Also published as: CN101416315A; KR20090007327A; CN101416315B; WO2007117938A3; US20100006927A1; AT505584A2; KR101437698B1; US7592668B2; US20110241172A1; US20070228490A1; TWI455307B; JP2009532879A; WO2007117938A2; TW200802867A; US7936013B2

Abstract

Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung, umfassend:
einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind;
ein nicht aktives Umfangsgebiet, das den aktiven Bereich umgibt, wobei durch das nicht aktive Umfangsgebiet kein Strom fließt, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind; und
abwechselnd angeordnete Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einem Siliziumgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind, wobei sich die abwechselnd angeordneten Streifen vom ersten und zweiten Leitfähigkeitstyp entlang einer ersten Abmessung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet erstrecken.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung betrifft die an den Rechtsinhaber der vorliegenden Erfindung übertragene US-Anmeldung Nr. 11/026,276, die am 29. Dezember 2004 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologie von Halbleiterleistungsvorrichtungen und insbesondere Ladungsgleichgewichtstechniken für Halbleiterleistungsvorrichtungen.
Eine vertikale Halbleiterleistungsvorrichtung weist eine Struktur auf, bei der die Elektroden auf zwei gegenüberliegenden Ebenen angeordnet sind. Wenn die vertikale Leistungsvorrichtung eingeschaltet wird, fließt ein Driftstrom vertikal in der Vorrichtung. Wenn die vertikale Leistungsvorrichtung ausgeschaltet wird, werden aufgrund einer an die Vorrichtung angelegten Sperr-Vorspannung Verarmungsgebiete, die sich in horizontaler und vertikaler Richtung erstrecken, in der Vorrichtung ausgebildet. Um eine hohe Durchbruchspannung zu erhalten, ist eine zwischen den Elektroden angeordnete Driftschicht aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand ausgebildet und wird eine Dicke der Driftschicht erhöht. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung des Ein-Widerstands Rdson der Vorrichtung, was wiederum die Leitfähigkeit und die Vorrichtungs schaltgeschwindigkeit reduziert, wodurch das Leistungsvermögen der Vorrichtung verschlechtert wird.
Um dieses Problem zu berücksichtigen, wurden Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtungen mit einer Driftschicht vorgeschlagen, die sich vertikal erstreckende n-Gebiete (n-Säule) und p-Gebiete (p-Säule) umfassen, die auf abwechselnde Weise angeordnet sind. 1A ist ein Anordnungsdiagramm einer solchen Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 enthält einen aktiven Bereich 110, der von einem nicht aktiven Umfangsgebiet umgeben ist, das einen p-Ring 120 und ein äußeres Abschlussgebiet 130 umfasst. Der Umfangs-p-Ring 120 weist eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken auf. Das Abschlussgebiet 130 kann in Abhängigkeit von dem Entwurf ähnlich geformte abwechselnde p- und n-Ringe enthalten. Der aktive Bereich 110 umfasst abwechselnd angeordnete p-Säulen 110P und n-Säulen 110N, die sich in Form von Streifen vertikal erstrecken und entlang des oberen und des unteren Endes an dem Umfangsring 120 enden. Die physikalische Struktur der abwechselnden p- und n-Säulen in dem aktiven Bereich ist deutlicher in 1B zu sehen, die eine Querschnittsansicht im Anordnungsgebiet 110 längs der Linie A-A' in 1A zeigt.
Die in 1B gezeigte Leistungsvorrichtung ist ein herkömmlicher vertikaler Planar-Gate-MOSFET mit einer Driftschicht 16, die abwechselnde p-Säulen 110P und n-Säulen 110N umfasst. Ein Source-Metall 28 steht entlang der Oberseite mit Source-Gebieten 20 und Wannengebieten 18 elektrisch in Kontakt, und ein Drain-Metall 14 steht entlang der Unterseite der Vorrichtung mit einem Drain-Gebiet 12 elektrisch in Kontakt. Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, wird durch die Driftschicht 16 vom Typ mit abwechselnder Leitfähigkeit ein Strompfad ausgebildet. Die Dotierungskonzentration und die physikalischen Abmessungen der n- und p- Säulen sind derart entworfen, dass zwischen benachbarten Säulen ein Ladungsgleichgewicht erhalten wird und dadurch sichergestellt wird, dass die Driftschicht 16 vollständig verarmt ist, wenn sich die Vorrichtung im Aus-Zustand befindet.
Wieder anhand von 1A muss die Menge von n-Ladungen in den n-Säulen und die Menge von p-Ladungen in den p-Säulen sowohl in dem aktiven Bereich 110 als auch an der Grenzfläche zwischen dem aktiven Bereich und dem nicht aktiven Umfangsgebiet im Gleichgewicht sein, um eine hohe Durchbruchspannung zu erreichen. Allerdings ist das Erreichen eines Ladungsgleichgewichts in allen Grenzflächengebieten, insbesondere entlang des oberen und des unteren Grenzflächengebiets, in denen die p- und n-Säulen im Umfangsring 120 enden, sowie in den Eckgebieten, in denen die n- und p-Säulen verschiedene Längen aufweisen, wegen der Änderung der Geometrie der verschiedenen Gebiete schwierig. Dies ist deutlicher in 1C veranschaulicht, die eine vergrößerte Ansicht der linken oberen Ecke der Leistungsvorrichtung 100 in 1A zeigt.
In 1C ist eine Einheitszelle im aktiven Bereich 110 als S1 gekennzeichnet. Eine aktive p-Säule 111 (die in einen Abschnitt 111-1 der linken Hälfte und in einen Abschnitt 111-2 der rechten Hälfte geteilt ist) und eine aktive p-Säule 113 (die in einen Abschnitt 113-1 der linken Hälfte und in einen Abschnitt 113-2 der rechten Hälfte geteilt ist) sind durch eine n-Säule 112 getrennt. Die Summe (Qp1 + Qp2) der Menge von p-Ladungen Qp1 in dem Abschnitt 111-2 der rechten Hälfte der aktiven p-Säule 111 und der Menge von p-Ladungen Qp2 in dem Abschnitt 113-1 der linken Hälfte der aktiven p-Säule 113 in der Einheitszelle S1 ist gleich der Menge von n-Ladungen Qn1 in der aktiven n-Säule 112. Somit wird in allen Teilen des aktiven Bereichs 110, in denen ein solches Ladungsgleichgewicht aufrechterhalten wird, eine optimale Durchbruchspannung erreicht.
Wie es gezeigt ist, umfasst der Eckabschnitt des nicht aktiven Umfangsgebiets den Umfangs-p-Ring 120 und das Abschlussgebiet 130 mit dem n-Ring 131 und dem p-Ring 132, die auf abwechselnde Weise angeordnet sind. Der Umfangs-p-Ring 120 (der in einen Abschnitt 121 der unteren Hälfte und in einen Abschnitt 122 der oberen Hälfte geteilt ist) und der Abschlussgebiet-p-Ring 132 (der in einen Abschnitt 132-1 der unteren Hälfte und in einen Abschnitt 132-2 der oberen Hälfte geteilt ist), sind durch einen n-Ring 131 getrennt. Die Summe (Qpt1 + Qpe) der Menge von p-Ladungen Qpt1 in dem Abschnitt 132-1 der unteren Hälfte des p-Rings 132 und der Menge von p-Ladungen Qpe in dem Abschnitt 122 der oberen Hälfte des Rings 120 in der Einheitszelle S2 ist gleich der Menge von n-Ladungen Qnt im n-Ring 131. Somit wird in allen Teilen des nicht aktiven Umfangsgebiets, in denen ein solches Ladungsgleichgewicht aufrechterhalten wird, eine optimale Durchbruchspannung erreicht.
Allerdings sind wegen der geometrischen Beschränkungen die Menge von p-Ladungen und die Menge von n-Ladungen an der Grenzfläche zwischen dem aktiven Bereich und dem nicht aktiven Umfangsgebiet an vielen Stellen im Ungleichgewicht. Das Fehlen des Ladungsgleichgewichts in diesen Gebieten führt zu einer Verschlechterung der Durchbrucheigenschaften der Vorrichtung. Somit besteht ein Bedarf an Ladungsgleichgewichtstechniken, die die Ladungsungleichgewichtsprobleme an der Grenzfläche zwischen aktivem Bereich und nicht aktivem Umfangsgebiet des Stands der Technik beseitigen und dadurch zu höheren Durchbruchnennspannungen führen.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind. Ein nicht aktives Umfangsgebiet umgibt den aktiven Bereich. Durch das nicht aktive Umfangsgebiet fließt kein Strom, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind. Abwechselnd angeordnete Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp erstrecken sich entlang einer Länge eines Chips, der die Halbleiterleistungsvorrichtung unterbringt, durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst jeder der Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Diskontinuität, die einen Abschnitt eines Streifens eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausbildet. Der Streifen eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp erstreckt sich in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der Länge des Chips.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst jeder der Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp mehrere Diskontinuitäten, die Abschnitte mehrerer Streifen von Gebieten vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausbilden. Die mehreren Streifen von Gebieten vom zweiten Leitfähigkeitstyp erstrecken sich in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der Länge des Chips.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind. Ein nicht aktives Umfangsgebiet umgibt den aktiven Bereich. Durch das nicht aktive Umfangsgebiet fließt kein Strom, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind. Die Streifen von p-Säulen und die Streifen von n-Säulen sind auf abwechselnde Weise angeordnet. Die Streifen von p- und n-Säulen erstrecken sich entlang einer Länge eines Chipgehäuses der Halbleiterleistungsvorrichtung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet. Jeder der Streifen von p-Säulen umfasst mehrere Diskontinuitäten, die Abschnitte mehrerer Streifen von n-Gebieten ausbilden. Die mehreren Streifen von n-Gebieten erstrecken sich in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der Länge des Chips.
Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der hierin offenbarten Erfindung kann unter Bezugnahme auf die restlichen Abschnitte der Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen erreicht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A zeigt ein vereinfachtes Anordnungsdiagramm einer herkömmlichen Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtung;
1B zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A' in der Leistungsvorrichtung in 1C;
1C zeigt eine vergrößerte Ansicht der linken oberen Ecke der Leistungsvorrichtung in 1A;
2 zeigt ein vereinfachtes Anordnungsdiagramm für Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein vereinfachtes Anordnungsdiagramm für Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtungen gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt ein vereinfachtes Anordnungsdiagramm für Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtungen gemäß noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
5 und 6 zeigen vereinfachte Querschnittsansichten des nicht aktiven Umfangsgebiets gemäß zwei beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, wobei Feldplatten mit Ladungsgleichgewichtsstrukturen integriert sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2–4 zeigen gemäß drei beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung vereinfachte Anordnungsdiagramme von Chips, bei denen verbesserte Ladungsgleichgewichtstechniken realisiert sind. Diese Techniken beseitigen vorteilhafterweise den komplexen Entwurf, der bei Ladungsgleichgewichtsvorrichtungen des Stands der Technik notwendig ist, um ein Ladungsgleichgewicht an dem Übergangsgebiet zwischen dem aktiven Bereich und seinem umgebenden nicht aktiven Umfangsgebiet zu erreichen.
In 2 umfasst ein Chip 200, in dem eine Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtung untergebracht ist, einen aktiven Bereich 702, in dem viele aktive Zellen ausgebildet sind, und ein nicht aktives Umfangsgebiet, das den aktiven Bereich umgibt. Das nicht aktive Umfangsgebiet ist durch die Distanz von den horizontalen Rändern des aktiven Bereichs 702 zu den entsprechenden Rändern des Chips, in 2 durch den Buchstaben X gekennzeichnet, und durch die Distanz von den vertikalen Rändern des aktiven Bereichs 702 zu den entsprechenden Rändern des Chips, in 2 durch den Buchstaben Y gekennzeichnet, definiert. Im Allgemeinen wird der Begriff "aktiver Bereich" hierin zum Identifizieren des Gebiets der Vorrichtung verwendet, in dem aktive Zellen ausgebildet sind, die Strom leiten können, und wird der Begriff "nicht aktives Umfangsgebiet" verwendet, um das Gebiet der Vorrichtung zu identifizieren, in dem nicht leitende Strukturen ausgebildet sind.
Die Distanzen X und Y in 2–4 sind erheblich übertrieben, um die Ladungsgleichgewichtstechnik in diesen Figuren deutlicher zu zeigen (in der Praxis sind die Distanzen X und Y erheblich kleiner als jene, die in 2–4 gezeigt sind). Wenn die Leistungsvorrichtung, die in dem Chip 200 untergebracht ist, ein MOSFET ist (z. B. ähnlich der in 1B gezeigten), entspricht die Grenze des in 2 durch Bezugszeichen 202 markierten aktiven Bereichs der Grenze des Wannengebiets, in dem die MOSFET-Zellen ausgebildet sind.
Wie es in 2 gezeigt ist, sind sich vertikal erstreckende p-Säulen 210P und n-Säulen 210N auf abwechselnde Weise angeordnet, um auf diese Weise eine Ladungsgleichgewichtsstruktur auszubilden. Bei einer Ausführungsform werden die aktiven p-Säulen 210P durch Erzeugen von Gräben in dem Silizium und Füllen dieser mit p-leitendem Silizium unter Verwendung von bekannten Techniken, wie beispielsweise selektiver Epitaxie (SEG), ausgebildet. Im Allgemeinen sind die physikalischen Abmessungen und die Dotierungskonzentration der n- und p-Säulen optimiert, um ein Ladungsgleichgewicht zwischen benachbarten Säulen zu erhalten, ähnlich wie es bei den oben in Verbindung mit der Einheitszelle S1 in 1C beschriebenen der Fall ist.
In 2 erstrecken sich die aktiven p- und n-Säulen im Gegensatz zu herkömmlichen Ladungsgleichgewichtsvorrichtungen, bei denen die p- und n-Säulen in dem aktiven Bereich an der Grenze des aktiven Bereichs enden, durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet, wie es gezeigt ist. Dies beseitigt die Ladungsgleichgewichtsprobleme an den Rändern und Ecken des aktiven Bereichs, wodurch perfekte Ladungsgleichgewichts- und Durchbrucheigenschaften erreicht werden, während der Entwurf der Vorrichtung erheblich vereinfacht wird.
Bei einer Ausführungsform sind die Distanzen X und Y derart gewählt, dass außerhalb des aktiven Bereichs eine vollständige Verarmung sichergestellt ist. Bei einer Ausführungsform, bei der p-Säulen durch Ausbilden von Gräben in Silizium ausgebildet werden, ist jede der Distanzen X und Y gleich einer oder größer als eine Tiefe der p-Säulengräben. Während in 2 gezeigt ist, dass die vertikalen Ränder des aktiven Bereichs 202 in n-Säulen liegen, könnte der aktive Bereich erweitert oder verkleinert werden, sodass die vertikalen Ränder des aktiven Bereichs in p-Säulen liegen. Somit gibt es in Bezug auf die Ränder des aktiven Bereichs 202 und die Säulen keine Fehlausrichtungsprobleme. Bei einer Ausführungsform kann der anfängliche Wafer die p- und n-Säulen wie in 2 gezeigt umfassen und wird die Leistungsvorrichtung einschließlich eines aktiven Bereichs und anderer Gebiete unter Verwendung von bekannten Herstellungstechniken ausgebildet.
3 zeigt eine andere Ausführungsform, die ähnlich der in 2 ist, außer, dass in dem oberen und dem unteren nicht aktiven Umfangsgebiet eine Diskontinuität bei den sich vertikal erstreckenden p-Säulen ausgebildet ist. Die Diskontinuitäten bilden einen sich horizontal erstreckenden n-Streifen 320N aus, der jede p-Säule in zwei Abschnitte 310P-1 und 310P-2 teilt, wie es in dem unteren nicht aktiven Umfangsgebiet gezeigt ist. Die Diskontinuität in den p-Säulen unterbricht die Felder in dem nicht aktiven Umfangsgebiet, so dass die Felder entlang der Siliziumoberfläche in diesem Gebiet reduziert werden. Dies hilft dabei, die Durchbruchspannung in dem nicht aktiven Umfangsgebiet zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform wird ein Abstand B von dem Rand des aktiven Bereichs 302 zu dem n-Streifen 320N auf der Grundlage der Nennspannung der Leistungsvorrichtung, von Fotowerkzeugbeschränkungen und anderen Leistungsvermögens- und Entwurfszielen bestimmt. Bei einer Ausführungsform wird ein kleinerer Abstand B verwendet, was feinere Feldverteilungseinstellungen ermöglicht. Wieder sind alle Abmessungen des nicht aktiven Umfangsgebiets (X, Y, B) übertrieben, um die verschiedenen Merkmale der Erfindung einfacher darzustellen.
4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform von 3, bei der mehrere Diskontinuitäten in jeder p-Säule in dem oberen und dem unteren nicht aktiven Umfangsgebiet ausgebildet sind, wodurch in diesen Gebieten mehrere n-Streifen 420N, 430N ausgebildet werden. Mehrere Diskontinuitäten ermöglichen höhere Nennspannungen. Wie es gezeigt ist, ist ein äußerer Streifen 430N breiter als ein innerer Streifen 420N. Die Betrachtungen beim Auswählen der Breiten der N-Streifen und des Abstands dazwischen sind jenen für herkömmliche Abschluss-Guard-Ringe ähnlich. Bei einer Ausführungsform werden die n-Streifen in 3 und 4 wie folgt ausgebildet. Während des Prozesses des Ausbildens der p-Säulen wird eine Maske verwendet, um die Ausbildung von p-Säulen an den Aussperrungsorten entlang der p-Säulen zu verhindern.
Die Techniken in 2–4 können nach Bedarf mit anderen Randabschlusstechniken kombiniert werden. Insbesondere können Abschlussfeldplattentechniken vorteilhaft mit den Ausführungsformen in 2–4 kombiniert werden, um die Felder an den Siliziumoberflächen in dem nicht aktiven Umfangsgebiet weiter zu reduzieren. Zwei Beispiele einer solchen Kombination sind in 5 und 6 gezeigt.
5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang eines Gebiets des Chips an einem Rand des aktiven Bereichs. In 5 erstreckt sich der aktive Bereich links einer p-Wanne 502 und erstreckt sich das nicht aktive Umfangsgebiet rechts der p-Wanne 502. Wie bei den Ausführungsformen von 2–4 erstrecken sich p-Säulen 510P und n-Säulen 510N durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet. Wie es gezeigt ist, enden die p-Säulen 510P bei einer Tiefe in einer N–-Epitaxieschicht 512, und jene Abschnitte der N–-Epitaxieschicht 512, die sich zwischen den p-Säulen 510P erstrecken, bilden die n-Säulen 510N der Ladungsgleichgewichtsstruktur. Schwimmende p-leitende Diffusionsringe 504A–504C sind in dem nicht aktiven Umfangsgebiet ausgebildet und erstrecken sich um das aktive Gebiet. Wie es zu sehen ist, erhöht sich der Abstand zwischen benachbarten Ringen zunehmend in Richtung von dem aktiven Gebiet weg. Eine Dielektrikumschicht 506 isoliert die Ringe 504A–504C von darüber liegenden Strukturen (nicht gezeigt). Die p-Wanne 502 kann entweder die letzte p-Wanne des aktiven Bereichs sein oder einen Teil der Abschlussstruktur bilden. In jedem Fall wäre die p-Wanne 502 elektrisch mit der aktiven p-Wanne verbunden.
6 zeigt ähnlich wie 5 eine Querschnittsansicht eines Gebiets des Chips an einem Rand des aktiven Bereichs, wobei sich der aktive Bereich zu der linken Seite einer p-Wanne 602 erstreckt und sich das Abschlussgebiet zu der rechten Seite der p-Wanne 502 erstreckt. P-Säulen 610P und n-Säulen 610N erstrecken sich durch sowohl das aktive Gebiet als auch durch das Abschlussgebiet. Wie bei der Ausführungsform von 5 enden die p-Säulen 610P bei einer Tiefe in einer N–-Epitaxieschicht 612, und jene Abschnitte der N–-Epitaxieschicht 612, die sich zwischen den p-Säulen 610P erstrecken, bilden die n-Säulen 610N der Ladungsgleichgewichtsstruktur. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch eine Planare Feldplattenstruktur über dem nicht aktiven Umfangsgebiet ausgebildet. Die Planare Feldplattenstruktur umfasst eine Polysiliziumschicht 608, die sich über dem nicht aktiven Umfangsgebiet erstreckt, und eine Metallkontaktschicht 614 verbindet die Polysiliziumschicht 608 elektrisch mit der p-Wanne 602. Eine Dielektrikumschicht 606 isoliert die Ladungsgleichgewichtsstruktur in dem nicht aktiven Umfangsgebiet von der darüber liegenden Polysiliziumschicht 608 und anderen nicht gezeigten Strukturen. Wie bei der Ausführungsform von 5 kann die p-Wanne 602 entweder die letzte p-Wanne des aktiven Bereichs sein oder einen Teil der Abschlussstruktur ausbilden. In jedem Fall wäre die p-Wanne 502 elektrisch mit der aktiven p-Wanne verbunden.
Während 5 und 6 zwei verschiedene Randabschlusstechniken zeigen, können diese beiden Techniken auf eine Vielzahl von Arten kombiniert werden. Beispielsweise ist bei einer alternativen Realisierung der Ausführungsform von 6 ähnlich wie bei der in 5 eine Anzahl von schwimmenden p-leitenden Diffusionsringen in dem nicht aktiven Umfangsgebiet umfasst, außer, dass die p-leitenden Diffusionsringe links einer Feldplatte 608 angeordnet sind. Als ein weiteres Beispiel ist bei einer alternativen Realisierung der Ausführungsform von 5 eine separate Planare Feldplatte mit jedem schwimmenden p-leitenden Diffusionsring 504A–504C verbunden.
Die hierin offenbarten verschiedenen Ladungsgleichgewichtstechniken können mit der in 1B gezeigten Zellenstruktur eines vertikalen Planar-Gate-MOSFET und mit anderen Ladungsgleichgewichts-MOSFET-Arten, wie beispielsweise Strukturen mit Gate-Gräben oder mit abgeschirmtem Gate, sowie mit weiteren Ladungsgleichgewichts-Leistungsvorrichtungen, wie beispielsweise IGBTs, Bipolartransistoren, Dioden und Schottky-Vorrichtungen, integriert werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit beliebigen der Vorrichtungen integriert werden, die z. B. in den 14, 21–24, 28A–28D, 29A–29C, 61A, 62A, 62B, 63A der oben erwähnten US-Patentanmeldung Nr. 11/026,276 gezeigt sind, die am 29. Dezember 2004 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
Während das Obige eine ausführliche Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung bereitstellt, sind viele Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente möglich. Es ist auch zu verstehen, dass alle Zahlenbeispiele und Materialtypen, die hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt werden, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung dienen. Zum Beispiel kann die Polarität verschiedener Gebiete in den oben beschriebenen Ausführungsformen umgekehrt werden, um Vorrichtungen vom entgegengesetzten Typ zu erhalten. Aus diesen und anderen Gründen ist die obige Beschreibung somit nicht als Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, zu verstehen.
Zusammenfassung
Eine Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung umfasst einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind. Ein nicht aktives Umfangsgebiet umgibt den aktiven Bereich, wobei durch den nicht aktiven Umfang kein Strom fließt, wenn die mehreren Zellen in einen leitenden Zustand vorgespannt sind. Abwechselnd angeordnete Streifen von p-Säulen und Streifen von n-Säulen erstrecken sich entlang einer Länge eines Chipgehäuses der Halbleiterleistungsvorrichtung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet.

Claims

Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung, umfassend: einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind; ein nicht aktives Umfangsgebiet, das den aktiven Bereich umgibt, wobei durch das nicht aktive Umfangsgebiet kein Strom fließt, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind; und abwechselnd angeordnete Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die in einem Siliziumgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind, wobei sich die abwechselnd angeordneten Streifen vom ersten und zweiten Leitfähigkeitstyp entlang einer ersten Abmessung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Diskontinuität umfasst, die einen Abschnitt eines Streifens eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausbildet, wobei sich der Streifen eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der ersten Abmessung erstreckt.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp mehrere Diskontinuitäten umfasst, die Abschnitte mehrerer Streifen von Gebieten vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausbilden, wobei sich die mehreren Streifen von Gebieten vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der ersten Abmessung erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung eine vertikal leitende Leistungsvorrichtung ist.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Feldplatte in dem nicht aktiven Abschlussgebiet.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nicht aktive Umfangsgebiet mehrere Ringe vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, die sich um den aktiven Bereich erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Feldplattenleiter, der sich in das nicht aktive Umfangsgebiet erstreckt, wobei ein Abschnitt des Feldplattenleiters von darunter liegenden Streifen von Säulen vom ers ten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch eine Dielektrikumschicht isoliert ist.
Vertikal leitende Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung, umfassend: einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind; ein nicht aktives Umfangsgebiet, das den aktiven Bereich umgibt, wobei durch das nicht aktive Umfangsgebiet kein Strom fließt, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind; und abwechselnd angeordnete Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich entlang einer ersten Abmessung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet erstrecken, wobei jeder der Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Diskontinuität umfasst, die einen Abschnitt eines Streifens eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp bildet, wobei sich der Streifen eines Gebiets vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der ersten Abmessung erstreckt.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Feldplatte in dem nicht aktiven Abschlussgebiet.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das nicht aktive Umfangsgebiet mehrere Ringe vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, die sich um den aktiven Bereich erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Feldplattenleiter, der sich in das nicht aktive Umfangsgebiet erstreckt, wobei ein Abschnitt des Feldplattenleiters von darunter liegenden Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch eine Dielektrikumschicht isoliert ist.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung, umfassend: einen aktiven Bereich, der mehrere Zellen umfasst, die Strom leiten können, wenn sie in einen leitenden Zustand vorgespannt sind; ein nicht aktives Umfangsgebiet, das den aktiven Bereich umgibt, wobei durch das nicht aktive Umfangsgebiet kein Strom fließt, wenn die mehreren Zellen in den leitenden Zustand vorgespannt sind; und Streifen von p-Säulen und Streifen von n-Säulen, die auf abwechselnde Weise angeordnet sind, wobei sich die Streifen von p- und n-Säulen entlang einer Länge eines Chipgehäuses der Halbleiterleistungsvorrichtung durch sowohl den aktiven Bereich als auch das nicht aktive Umfangsgebiet erstrecken, wobei jeder der Streifen von p-Säulen mehrere Diskontinuitäten umfasst, die Abschnitte mehrerer Streifen von n-Gebieten ausbilden, wobei sich die mehreren Streifen von n-Gebieten in dem nicht aktiven Umfangsgebiet senkrecht zu der Länge des Chips erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung eine vertikal leitende Leistungsvorrichtung ist.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Feldplatte in dem nicht aktiven Abschlussgebiet.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das nicht aktive Umfangsgebiet mehrere Ringe vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, die sich um den aktiven Bereich erstrecken.
Ladungsgleichgewichts-Halbleiterleistungsvorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Feldplattenleiter, der sich in das nicht aktive Umfangsgebiet erstreckt, wobei ein Abschnitt des Feldplattenleiters von darunter liegenden Streifen von Säulen vom ersten Leitfähigkeitstyp und Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp durch eine Dielektrikumschicht isoliert ist.
Silizium-Wafer, umfassend: ein Siliziumgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp; und mehrere Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich in dem Siliziumgebiet von einem Ort entlang eines Umfangs des Silizium-Wafers zu einem gegenüberliegenden Ort entlang des Umfangs des Silizium-Wafers parallel erstrecken, wobei sich die mehreren Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Siliziumgebiet erstrecken.
Silizium-Wafer nach Anspruch 19, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist.
Siliziumchip, umfassend: ein Siliziumgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp; und mehrere Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich in dem Siliziumgebiet von einem Rand des Siliziumchips zu einem gegenüberliegenden Rand des Siliziumchips parallel erstrecken, wobei sich die mehreren Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Siliziumgebiet erstrecken.
Silizium-Wafer nach Anspruch 21, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist.
Verfahren zum Ausbilden einer Ladungsgleichgewichtsstruktur in einem Halbleiterchip mit einem Siliziumgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei das Verfahren umfasst, dass mehrere Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet werden, die sich in dem Siliziumgebiet von einem Rand des Siliziumchips zu einem gegenüberliegenden Rand des Siliziumchips parallel erstrecken, wobei sich die mehreren Streifen von Säulen vom zweiten Leitfähigkeitstyp bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Siliziumgebiet erstrecken.
Silizium-Wafer nach Anspruch 23, wobei der Ausbildungsschritt umfasst, dass mehrere Gräben ausgebildet werden, die sich bis zu der vorbestimmten Tiefe in dem Siliziumgebiet erstrecken, wobei sich die Gräben von dem einen Rand des Siliziumchips zu dem gegenüberliegenden Rand des Siliziumchips erstrecken; und die mehreren Gräben mit Siliziummaterial vom zweiten Leitfähigkeitstyp gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist.