DE10252609B4 - Abschluß für ein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung mit Schutzringen - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung, das durch einen aktiven Bereich und einen Abschlußbereich gebildet ist, wobei der aktive Bereich eine Vielzahl von Kanalbereichen und jeweiligen Source-Bereichen aufweist und der Abschlußbereich den Außenumfang des aktiven Bereiches umgibt und sich bis zur Kante des Halbleiterplättchens mit MOS-Gatesteuerung erstreckt, wobei das Halbleiterplättchen aus einem epitaxialen Silizium-Körper besteht, der auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung Folgendes umfasst: ein Feldoxyd, das die obere Oberfläche des Halbleiterplättchens bedeckt und sich von einer Position aus, die zumindest einen Teil der Kanalbereiche und den Außenumfang des aktiven Bereiches überlappt und in Richtung auf den Rand des Halbleiterplättchens erstreckt; eine leitende Polysilizium-Feldplatte, die über dem Feldoxyd und dem Außenumfang des aktiven Bereiches liegt und von dem aktiven Bereich durch das Feldoxyd isoliert ist; eine LTO-Schicht, die über zumindest einem Teil der Feldplatte und des aktiven Bereiches angeordnet ist; eine Polysilizium-Gate-Elektrode, die über einem invertierbaren Kanalbereich zwischen den Kanalbereichen und ihren jeweiligen Source-Bereichen liegt; eine metallische Source-Elektrode, die über zumindest einem Teil der LTO-Schicht angeordnet ist und mit den Kanalbereichen und den jeweiligen Source-Bereichen verbunden ist; eine metallische Gate-Anschluss-Elektrode, die über zumindest einen Teil der LTO-Schicht angeordnet ist und mit den Polysilizium-Gate-Elektroden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Gate-Anschluss-Elektrode elektrisch mit der Polysilizium-Gate-Elektrode über die leitende Polysilizium-Feldplatte verbunden ist; und eine Vielzahl von mit radialem Abstand angeordneten Feldring-Diffusionen ausschließlich unterhalb der Feldplatte angeordnet ist, sodass der aktive Bereich vergrößert und damit der Einschaltwiderstand des Halbleiterbauteils mit MOS-Gatesteuerung verringert wird und gleichzeitig der spezifische Widerstand des epitaxialen Silizium-Körpers verringert wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauteile und insbesondere auf eine Abschlußstruktur für ein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Halbleiterbauteile mit MOS-Gatesteuerung, wie z. B. MOSFET's, IGBT's und dergleichen müssen Abschlußstrukturen haben, die den aktiven Bauteilbereich umgeben, um einen Durchbruch an der Umfangskante des Halbleiterplättchens oder Chips zu verhindern. Daher ist die Durchbruchspannung eines Halbleiterbauteils mit MOS-Gatesteuerung in vielen Fällen durch den Abschluß anstatt durch den aktiven Bereich beschränkt. Abschlußstrukturen verwenden leitende Feldplatten und schwimmende Schutzringdiffusionen, die mit seitlichem Abstand von den Schutzringen angeordnet sind. Wenn der Abschluß eine ausreichend hohe Durchbruchspannung aufweist, ist es möglich, die Konzentration des epitaxial gebildeten Drift-Bereiches der aktiven Fläche zu vergrößern, wodurch der Wert des Widerstandes RDSON verringert wird, wenn das Bauteil eingeschaltet wird.
  • Derartige Abschlüsse benötigen eine gewisse Siliziumfläche, wodurch der prozentuale Anteil der Halbleiterplättchen-Fläche verringert wird, der für den aktiven Bereich zur Verfügung steht. Wenn die Abschlüsse so ausgebildet werden, daß sie eine höhere Durchbruchspannung unterstützen, so erfordern sie auch eine größere Fläche, wodurch die Fläche des aktiven Bereichs eines vorgegebenen Halbleiterplättchens verringert wird und der Vorteil eines verringerten Wertes von RDSON aufgehoben wird.
  • Aus den Patent Abstracts of Japan für die JP H04-1 27540 A ist ein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung bekannt, die ebenfalls einen aktiven Bereich und einen Abschlußbereich aufweist, der aus einer Anzahl von Feldringdiffusionen besteht, über denen eine Feldplatte angeordnet ist. Die Feldplatte ist auf einer Oxidschicht oberhalb der Feldringdiffusionen angeordnet und ihrerseits durch eine Isolierschicht abgedeckt. Die Feldplatte dient zur Absorbtion externer Ionen, um diese an der Bildung einer Inversionsschicht vom P-Leitungstyp im Fall eines Betriebs des Halbleiterbauteils bei hohen Temperaturen auf der Oberfläche der Epitaxialschicht zwischen den Feldringdiffusionen zu hindern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abschluß für ein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung zu schaffen, der sowohl Feldplatten als auch Schutzringdiffusionen verwandet, jedoch eine verringerte Fläche eines vorgegebenen Chips oder Halbleiterplättchens einnimmt.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Schutzringdiffusionen, die üblicherweise in seitlichem Abstand von der Feldplatte angeordnet sind, und die den Vorteil einer graduellen Veränderung des elektrischen Feldes von der Begrenzung des aktiven Bereiches zur Abtrennstelle oder Kante des Halbleiterplättchens ergeben, unterhalb der Feldplatte angeordnet. Es wurde festgestellt, daß der neue Abschluß eine Verringerung von 25% des Wertes von RDSON eines MOSFET mit einer vorgegebenen Nennspannung und Halbleiterplättchen-Größe ermöglicht, weil dieser Abschluß eine geringere Fläche verwendet, was eine Vergrößerung des aktiven Bereiches für eine vorgegebene Halbleiterplättchen-Größe ermöglicht, und weil dies eine Vergrößerung der Konzentration des Körper- oder Driftbereiches ermöglicht.
  • Im einzelnen ermöglicht der erfindungsgemäße Abschluß bei einem Leistungs-MOSFET mit einer Durchbruch-Nennspannung von 200 Volt und einer rechtwinkligen Halbleiterplättchen-Fläche von 2,8 mm × 3,6 mm eine Verringerung der Abschlußfläche von 1,7 mm2 auf 1,1 mm2 und eine Verringerung des spezifischen Widerstandes des epitaxialen Silizium-Körperbereiches von 5,7 Ohm cm auf 4,7 Ohm cm. Der Einschaltwiderstand des Halbleiterplättchens wurde von ungefähr 0,19 Ohm auf 0,14 Ohm verringert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Querschnitt eines Abschlusses eines bekannten MOSFET unter Verwendung einer lateral verschobenen Feldplatte und eines Satzes von Schutzringdiffusionen.
  • 2 ist ein der 1 ähnlicher Querschnitt, bei dem die Schutzringdiffusionen unterhalb der Feldplatte angeordnet sind.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Es wird zunächst auf 1 bezug genommen, in der ein bekannter Abschluß für einen N-Kanal-Leistungs-MOSFET mit vertikaler Leitung und mit einem Halbleiterplättchen 10 gezeigt ist, das auf einem monochristallinen N+-Substrat 11 mit einer darauf epitaxial abgeschiedenen N–-Schicht 12 gebildet ist. Für ein Bauteil mit einer Nenn-Durchbruchspannung von 200 Volt hat die N–-Schicht 12 eine Dicke von 23 μm und einen spezifischen Widerstand von 5,7 Ohm cm. Das Halbleiterplättchen kann irgendeine gewünschte Form und Fläche aufweisen und kann typischerweise ein Rechteck mit Abmessungen von ungefähr 2,8 mm × 3,6 mm und einer Dicke von 250 μm sein. Obwohl die Erfindung anhand eines N-Kanal-MOSFET-Bauteils geschrieben wird, ist es verständlich, daß die Erfindung auf irgendein Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung, unter Einschluß von IGBT-Bauteilen, und auf P-Kanal-Bauteile anwendbar ist, bei denen alle Leitungstypen, die nachfolgend beschrieben werden, umzukehren sind.
  • Der aktive Abschnitt des Halbleiterbauteils schließt P-Kanal-Diffusionen 20 ein, die N+-Sourcebereiche 21 enthalten. Die am weitesten außenliegende Kanaldiffusion 22 ist eine Halbzelle, wie dies ausführlicher in dem US-Patent 6 180 981 gezeigt ist. Die Halbzelle 22 weist eine darüberliegende Feldoxid-Schicht 23 und eine leitende Polysilizium-Feldplatte 24 auf, die über der Feldoxid-Schicht und der Grenzschicht des Bereiches 22 liegt. Eine zweite Polysilizium-Feldplatte 25 liegt über dem Feldoxid 23 und über einer P-Diffusion 26, die sich bis zur Trennkante des Halbleiterplättchens erstreckt. Ein LTO-(Niedrigtemperatur-)Isolieroxid 30 liegt über den Feldplatten 24 und 25. Die Aluminium-Sourceelektrode 31 liegt über der LTO-Schicht 30 und ist mit den Sourcebereichen 21 und den Kanalbereichen 21 und 22 in dem gezeigten Bereich und mit allen Source- und Kanalbereichen in dem aktiven Bereich verbunden. Die Aluminium-Sourceelektrode 31 ist durch einen Spalt 40 getrennt, um eine Gateschiene 41 zu bilden, die mit der Polysilizium-Feldplatte 24 und allen Polysilizium-Gatebereichen verbunden ist, d. h. dem Gate-Polysiliziumsegment 42, das intern (nicht gezeigt) mit dem Polysilizium-Gate-Gitter verbunden ist, von dem das Gate-Polysilizium 42 ein Segment bildet.
  • Um das elektrische Feld, das sich von der Außenseite des aktiven Bereiches und in Richtung auf die Trennkante erstreckt, graduell abzustufen, werden eine oder mehrere schwimmende Schutzringdiffusionen, die als P-Diffusionen 50 und 51 in 1 gezeigt sind, verwendet. Diese Diffusionen sind normalerweise zwischen der linken Kante der Feldplatte 25 und der rechten Kante der Feldplatte 24 angeordnet. Dies erfordert eine große laterale Abmessung und vergrößert die Fläche des Halbleiterplättchens 10, die von dem Abschußbereich eingenommen wird.
  • Die neuartige Erfindung ist in 2 gezeigt, in der Teile, die denen nach 1 ähnlich sind, die gleichen Bezugsziffern aufweisen. 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, daß die P-Schutzringdiffusionen 50 und 51 (oder irgendeine gewünschte Anzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Diffusionen) unterhalb der Feldplatte 24 angeordnet sind. Die speziellen verwendeten Abstände sind in Mikrometern in 2 für ein 200 Volt-Halbleiterplättchen mit Abmessungen von 2,8 mm × 3,6 mm angegeben.
  • Diese neuartige Anordnung der Schutzringe 50 und 51 spart den lateralen Platz, der beim Stand der Technik gemäß 1 erforderlich ist, weil der Abstand zwischen der Kante der Feldplatte 24 und der Trennkante des Halbleiterplättchens beträchtlich verringert ist (beispielsweise um 47 μm). Somit kann für ein Halbleiterplättchen mit vorgegebener Fläche (der Fläche des Halbleiterplättchens nach 1) ein größerer prozentualer Anteil der Fläche für den aktiven Bereich eingesetzt werden, wodurch der Einschaltwiderstand verringert wird. Weiterhin wurde festgestellt, daß der spezifische Widerstand des N–-Siliziums verringert werden kann (von 5,7 Ohm cm auf 4,7 Ohm cm), wann die Erfindung verwendet wird, so daß sich eine Verringerung von ungefähr 25% des Einschaltwiderstandes gegenüber dem Stand der Technik nach 1 ergibt.
  • Bei der speziellen Ausführungsform nach 2 wurden die folgenden Dickenabmessungen für die verschiedenen gezeigten Schichten verwendet:
    Elektroden 31, 41 8 Mikrometer
    LTO 30 700 nm
    Polysilizium 24, 25 1.000 nm
    Feldoxid 23 1.000 nm
    P+-Oxid (über den Diffusionen) 50, 51) 305 nm
    Gateoxid (unter dem Gate-Polysilizium 42) 150 nm
  • Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, sind vielfältige andere Abänderungen und Modifikationen und andere Anwendungen für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Es wird daher bevorzugt, daß die vorliegende Erfindung nicht durch die spezielle hier angegebe Offenbarung beschränkt ist, sondern durch die beigefügten Patentansprüche.

Claims (2)

  1. Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung, das durch einen aktiven Bereich und einen Abschlußbereich gebildet ist, wobei der aktive Bereich eine Vielzahl von Kanalbereichen und jeweiligen Source-Bereichen aufweist und der Abschlußbereich den Außenumfang des aktiven Bereiches umgibt und sich bis zur Kante des Halbleiterplättchens mit MOS-Gatesteuerung erstreckt, wobei das Halbleiterplättchen aus einem epitaxialen Silizium-Körper besteht, der auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Halbleiterbauteil mit MOS-Gatesteuerung Folgendes umfasst: ein Feldoxyd, das die obere Oberfläche des Halbleiterplättchens bedeckt und sich von einer Position aus, die zumindest einen Teil der Kanalbereiche und den Außenumfang des aktiven Bereiches überlappt und in Richtung auf den Rand des Halbleiterplättchens erstreckt; eine leitende Polysilizium-Feldplatte, die über dem Feldoxyd und dem Außenumfang des aktiven Bereiches liegt und von dem aktiven Bereich durch das Feldoxyd isoliert ist; eine LTO-Schicht, die über zumindest einem Teil der Feldplatte und des aktiven Bereiches angeordnet ist; eine Polysilizium-Gate-Elektrode, die über einem invertierbaren Kanalbereich zwischen den Kanalbereichen und ihren jeweiligen Source-Bereichen liegt; eine metallische Source-Elektrode, die über zumindest einem Teil der LTO-Schicht angeordnet ist und mit den Kanalbereichen und den jeweiligen Source-Bereichen verbunden ist; eine metallische Gate-Anschluss-Elektrode, die über zumindest einen Teil der LTO-Schicht angeordnet ist und mit den Polysilizium-Gate-Elektroden verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Gate-Anschluss-Elektrode elektrisch mit der Polysilizium-Gate-Elektrode über die leitende Polysilizium-Feldplatte verbunden ist; und eine Vielzahl von mit radialem Abstand angeordneten Feldring-Diffusionen ausschließlich unterhalb der Feldplatte angeordnet ist, sodass der aktive Bereich vergrößert und damit der Einschaltwiderstand des Halbleiterbauteils mit MOS-Gatesteuerung verringert wird und gleichzeitig der spezifische Widerstand des epitaxialen Silizium-Körpers verringert wird.
  2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen mit MOS-Gatesteuerung ein MOSFET mit vertikaler Stromleitung ist.
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