DE19653615A1 - Leistungshalbleiterbauteil mit überlappender Feldplattenstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Leistungshalbleiterbauteil mit überlappender Feldplattenstruktur und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung eines
Leistungshalbleiterbauteils und ein Verfahren zu dessen
Herstellung, insbesondere ein
Hochspannungsleistungshalbleiterbauteil mit einer
überlappenden Feldplattenstruktur, bei dem es möglich ist
einen hohen Sperrspannungskennwert zu erzielen.
Von den verschiedenen Typen von Leistungshalbleiter
bauteilen muß ein Leistungshalbleiterbauteil mit
Schaltfunktion solche elektrische Kennwerte aufweisen, wie
z. B. einen niedrigen Energieverbrauch und einen Betrieb
mit hoher Schaltgeschwindigkeit während des Anschaltens,
und eine hohe Spannungsfestigkeit während des Ausschaltens.
Unter den elektrischen Kennwerten spielt insbesondere eine
hohe Spannungsfestigkeit (d. h., eine hohe Sperrspannung)
bei der Festlegung eines exzellenten
Leistungshalbleiterbauteils eine sehr große Rolle.
In den letzten Jahren wurden als Leistungshalbleiterbauteil
am häufigsten ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT)
oder ein feldgesteuerter Thyristor (SI-Thyristor)
verwendet.
Eine typische Struktur eines IGBT ist in Fig. 5
dargestellt. Wie dies anhand von Fig. 5 ersichtlich ist,
ist eine n⁺-Pufferschicht 13 auf einem p⁺-Halbleitersubstrat
12 abgeschieden, auf welchem eine
positive Elektrode 11 (z. B. eine Kollektor-Elektrode)
angeordnet ist. Auf der n⁺-Pufferschicht 13 ist eine
n⁻-Halbleiterschicht 14 ausgebildet. Ebenfalls sind
p-Hauptübergangsbereiche 15 auf der Oberseite der
n⁻-Halbleiterschicht 14 durch thermische Diffusion ausgebildet
und durch einen Teil der Halbleiterschicht 14 voneinander
isoliert und n⁺-Fremdatombereiche 16 sind jeweils auf den
Oberseiten der p-Hauptübergangsbereiche 15 ausgebildet.
Eine negative Elektrode 17 (z. B. eine Emitter-Elektrode)
ist auf den p-Hauptübergangsbereichen 15 und den
n⁺-Fremdatombereichen 16 ausgebildet. Auf einer
dazwischenliegenden Gate-Isolierschicht 18 ist ebenfalls
eine Gate-Elektrode 19 auf der Halbleiterschicht 14
ausgebildet und erstreckt sich über die
Hauptübergangsbereiche 15 bis zu einem Teil der
Fremdatombereiche 16.
Andererseits ist in Fig. 6 eine typische Struktur eines
SI-Thyristors dargestellt.
Ähnlich wie beim IGBT von Fig. 5, sind nacheinander eine
n⁺-Pufferschicht 23 und eine n⁻-Halbleiterschicht 24 auf
einem p⁺-Halbleitersubstrat 22 ausgebildet, auf dem eine
positive Elektrode 21 (d. h., eine Drain-Elektrode)
angeordnet ist, wie in Fig. 6 dargestellt. Auf dem
Halbleitersubstrat 24 sind p⁺-Fremdatombereiche 25 (d. h.,
ein Gate-Bereich) durch thermische Diffusion ausgebildet.
Ebenfalls durch thermische Diffusion ist eine n⁺-Halbleiterschicht
26 auf dem Teil der n⁻-Halbleiterschicht
24 ausgebildet, der zwischen den p⁺-Fremdatombereichen 25
liegt. Eine negative Elektrode 27 (d. h., eine Source-
Elektrode) ist auf der Halbleiterschicht 26 und auf den
n⁺-Fremdatombereichen 25 ausgebildet, wobei zwischen den
n⁺-Fremdatombereichen 25 und der negativen Elektrode 27 eine
isolierende Schicht 28 ausgebildet ist.
Die unmittelbar vorstehend beschriebenen
Leistungshalbleiterbauteile können die Unterbrechung eines
durch jedes Bauteil fließenden Hauptstroms durch die Gate-
Steuerung regeln. Eine der herausragenden Eigenschaften
eines jeden Leistungshalbleiterbauteils ist, daß eine hohe
Stromdichte erreicht werden kann, weil eine
Leitfähigkeitsmodulation auftritt, wenn ein Stromsignal
durch das p⁺-Halbleitersubstrat 12 oder 22, die
n⁺-Pufferschicht 13 oder 23 und die n⁻-Halbleiterschicht 14
oder 24 fließt. Es ist daher gut bekannt, daß diese
Leistungshalbleiterbauteile im Vergleich zu einem Bipolar-
Transistor einen Schaltbetrieb für hohe Geschwindigkeiten
und einen geringen Betriebswiderstand aufweisen. Es ist
ebenfalls gut bekannt, daß ein Fremdatombereich (z. B. der
Fremdatombereich 15 oder 25, die in Fig. 5 oder 6 gezeigt
sind) bei einem solchen herkömmlichen IGBT oder
SI-Thyristor keine gleichmäßige elektrische Feldverteilung
aufweist. Ein Kantenteil des Fremdatombereichs 15 oder 25,
d. h. ein Teil mit einer großen Krümmung, weist gegenüber
einem parallel verlaufenden, ebenen Teil eine andere
elektrische Feldverteilung auf. Dies liegt daran, daß es an
einem Kantenteil mit einer starken Krümmung eher zu einer
Konzentration des elektrischen Felds kommt, als an den
anderen, parallel verlaufenden, ebenen Teilen. Die relativ
hohe Dichte des elektrischen Felds am Kantenteil führt dort
häufiger zu einer Stoßionisierung als an den anderen,
parallel verlaufenden, ebenen Teilen.
Da folglich jeder Fremdatombereich der oben beschriebenen
Leistungshalbleiterbauteile Kantenteile aufweist, an die
während des Betriebs ein relativ hohes elektrisches Feld
angelegt wird, besteht darin ein schwerwiegendes Problem,
daß die Sperrspannung des Bauteils herabgesetzt ist.
Um bei einem Leistungshalbleiterbauteil die Sperrspannung
zu erhöhen, wurden verschiedene Typen von Strukturen
entwickelt. Zwei gut bekannte Strukturen können durch ein
vereinfachtes Herstellungsverfahren erzeugt werden, die
eine weist, wie in Fig. 7 dargestellt, einen
potentialfreien Ring 48 auf, der aus einem diffundierten
Bereich besteht, der von einem Hauptübergangsbereich 46 auf
einem p-Halbleitersubstrat 44 beabstandet ist, aber neben
dem Hauptübergangsbereich 46 angeordnet ist, und die andere
weist, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist, eine Feldplatte
58 auf, die sowohl einen p⁺-Fremdatombereich 56 als auch
einen p-n-Übergangsbereich, der ein Kantenteil des
Fremdatombereichs 56 ist, bedeckt.
Nimmt man wieder auf Fig. 7 Bezug, so kann aufgrund des
potentialfreien Rings 48 eine durch eine gestrichelte Linie
angedeutete Verarmungsschicht 45 erzeugt werden, die sich
vom n⁺-Hauptübergangsbereich 46 bis zur äußeren Fläche des
potentialfreien Rings 48 erstreckt, wenn eine Spannung
angelegt wird, so daß bei einem Leistungshalbleiterbauteil
mit einer solchen potentialfreien Ringstruktur verhindert
werden kann, daß sich das elektrische Feld an der Kante des
Hauptübergangsbereichs 46 konzentriert. Folglich kann das
obige Bauteil eine verbesserte Sperrspannung aufweisen,
aber bei einer Spannungsfestigkeit im Bereich von ungefähr
60% bis 80% im Vergleich zur erlaubten Spannungsfestigkeit
bei dem unbegrenzt parallel verlaufenden, ebenen Übergang.
Es entsteht ebenfalls dadurch ein Problem, daß die
Spannungsfestigkeit an einer Isolierschicht in Abhängigkeit
von den Diffusionsbedingungen zum Herstellen des Feldrings
geändert werden.
Wie dies durch eine gestrichelte Linie in Fig. 8
dargestellt ist, kann aufgrund der Feldplatte 58 eine
Verarmungsschicht 55 im n-Halbleitersubstrat 54 erzeugt
werden und sich vom p⁺-Fremdatombereich 56 bis nach
außerhalb der Feldplatte 58 erstrecken, wenn eine Spannung
angelegt wird, so daß bei einem Leistungshalbleiterbauteil
mit einer solchen Feldplattenstruktur verhindert werden
kann, daß sich das elektrische Feld an der Kante des
Fremdatombereichs 56 konzentriert. Folglich kann das obige
Bauteil eine erhöhte Sperrspannung aufweisen, aber bei
einer Spannungsfestigkeit von 60% im Vergleich zur
erlaubten Spannungsfestigkeit bei einem unbegrenzt parallel
verlaufenden, ebenen Übergang.
Um eine Sperrspannung, die an einem p-n-Übergangsbereich
auftritt, weiter zu verbessern, kann das
Leistungshalbleiterbauteil mit einer Feldplattenstruktur
eine dicke, isolierende Schicht aufweisen, d. h., die in
Fig. 8 angezeigte Oxidschicht 59 zwischen der Feldplatte
58 und der Halbleiterschicht 54. Bei diesem Bauteil ist
jedoch nicht nur die Effizienz der Verwendung der
Feldplatte beträchtlich herabgesetzt, sondern die
Konzentration des elektrischen Feldes tritt ebenfalls an
einem Teil (d. h. "A"-Teil, angezeigt durch eine
gestrichelte, runde Linie in Fig. 8) mit einer starken
Krümmung am Übergang auf. Folglich tritt ein Durchbruch an
der Stelle "A" früher als an anderen Teilen auf. Falls die
isolierende Schicht zwischen der Halbleiterschicht und der
Feldplatte dünn ausgebildet ist, findet ein Durchbruch am
Endteil (d. h. "B"-Teil, der in Fig. 8 durch eine
gestrichelte, runde Linie angedeutet ist) der Feldplatte
auf.
Weiterhin muß zur Verbesserung einer Sperrspannung, die
beim Leistungshalbleiterbauteil mit einer
Feldplattenstruktur am p-n-Übergangsbereich auftritt, eine
Halbleiterschicht dicker ausgebildet werden. Es entsteht
dadurch ein ernstes Problem, daß die Betriebskennwerte und
Schaltkennwerte des Bauteils aufgrund der dicken
Halbleiterschicht herabgesetzt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein
Leistungshalbleiterbauteil mit einer überlappenden
Feldplattenstruktur und ein Verfahren zu dessen Herstellung
vorzusehen, bei dem eine Vielzahl von potentialfreien
Feldplatten zwischen einem Hauptübergangsbereich und einem
Fremdatombereich für einen Metallkontakt angeordnet sind,
wobei die Feldplatten auf einer Halbleiterschicht
ausgebildet sind und sich teilweise überlappen und wobei
zwischen den Feldplatten eine isolierende Schicht
ausgebildet ist, so daß darin ohne Verwendung einer dicken
isolierenden Schicht auf der Halbleiterschicht an einem
p-n-Übergangsbereich eine höhere Sperrspannung erreicht
werden kann.
Ferner soll ein Leistungshalbleiterbauteil mit einer
überlappenden Feldplattenstruktur vorgesehen werden, bei
dem sich eine Vielzahl von potentialfreien Feldplatten
teilweise überlappen und zwischen denen eine isolierende
Schicht ausgebildet ist, so daß ohne die Verwendung einer
dicken Halbleiterschicht eine höhere Sperrspannung erzielt
wird.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. 3
angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Das Leistungshalbleiterbauteil der Erfindung weist eine
überlappende Feldplattenstruktur auf, bei der sich eine
Vielzahl von überlappenden Feldplatten mit einer dazwischen
eingefügten isolierenden Schicht teilweise überlappen, so
daß beim Bauteil verhindert werden kann, daß eine
Konzentration eines elektrischen Felds an einem Teil mit
einer starken Krümmung auftritt, wobei die
Spannungsfestigkeit des Bauteils verbessert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines
neuen Leistungshalbleiterbauteils mit einer
überlappenden, potentialfreien Feldplattenstruktur
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung darstellt;
Fig. 1B ein Ersatzschaltungsdiagramm des neuen
Leistungshalbleiterbauteils, das eine Vielzahl von
potentialfreien Feldplatten umfaßt, wie in Fig. 1A
dargestellt;
Fig. 2A bis 2G Ablaufdiagramme, die durch
aufeinanderfolgende Querschnittsdarstellungen die
Prozeßschritte eines neuen Verfahrens zum
Herstellen des Leistungshalbleiterbauteils von Fig.
1A gemäß der Erfindung darstellen;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Änderung eines
elektrischen Potentials am Übergang in Abhängigkeit
vom Abstand zwischen einer Siliciumschicht und
einer Oxidschicht darstellt, wenn eine Spannung von
ungefähr 550 V an das Leistungshalbleiterbauteil
von Fig. 1A angelegt ist;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Änderung eines
elektrischen Felds am Übergang in Abhängigkeit vom
Abstand zwischen einer Siliciumschicht und einer
Oxidschicht darstellt, wenn an das
Leistungshalbleiterbauteil von Fig. 1A eine
Spannung von ungefähr 550 V angelegt ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines typischen IGBT;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines typischen
SI-Thyristors;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Leistungshalbleiterbauteils mit einer
potentialfreien Feldringstruktur; und
Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Leistungshalbleiterbauteils mit einer
Feldplattenstruktur.
Entsprechend den Fig. 1A und 1B weist ein neues
Leistungshalbleiterbauteil gemäß der Erfindung eine
überlappende Feldplattenstruktur auf, bei der sich eine
Vielzahl von Feldplatten zwischen einem
Hauptübergangsbereich 72a und einem Fremdatombereich 72b
für einen Metallkontakt teilweise überlappen. Unter den
Feldplatten ist eine erste Feldplatte 80a auf dem
Hauptübergangsbereich 72a sowie auf einem Endteil einer
isolierenden Schicht 66 ausgebildet und eine letzte
Feldplatte 80d ist auf dem Fremdatombereich 72b sowie auf
dem anderen Endteil der isolierenden Schicht 66
ausgebildet, wobei die isolierende Schicht 66 zwischen dem
Hauptübergangsbereich 72a und dem Fremdatombereich 72b
ausgebildet ist. Ebenfalls sind zwischen der ersten
Feldplatte 80a und der letzten Feldplatte 80d mindestens
zwei Feldplatten 80b und 80c ausgebildet. Zwei
nebeneinanderliegende Feldplatten überlappen sich teilweise
und sind durch dazwischen eingefügte Isolatoren 74a, 74b,
oder 74c voneinander isoliert.
Beim in Fig. 1B dargestellten Leistungshalbleiterbauteil
stellen die Feldplatten 80a, 80b, 80c und 80d und die
Isolatoren 74a, 74b und 74c drei Kondensatoren C1, C2 und
C3 dar, die in Reihe geschaltet sind. Bei diesem Aufbau
wird eine von außen angelegte Spannung mittels der
seriengeschalteten Kondensatoren C1, C2 und C3 in mehrere
Spannungssignale unterteilt, so daß eine Sperrspannung an
einem p-n-Übergang erhöht werden kann, so daß die
Spannungsfestigkeit des Bauteils verbessert wird.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2G das neue
Verfahren zur Herstellung des Leistungshalbleiterbauteils
von Fig. 1A gemäß der Erfindung beschrieben.
Wie dies in Fig. 2A dargestellt ist, wird auf einer dünnen,
positiven n⁺-Schicht 62 oder einer n⁺-Pufferschicht auf der
eine negative Elektrode 60 angeordnet ist eine
n⁻-Halbleiterschicht 64 durch epitaktisches Wachstum unter
Verwendung von Phosphorionen als Dotierstoff ausgebildet.
Als nächstes wird durch Oxidation eine Oxidschicht auf der
Halbleiterschicht 64 ausgebildet und dann durch
Mikrophotographie strukturiert, um die strukturierte
Oxidschicht 66 auszubilden.
Nach dem Ausbilden der strukturierten Oxidschicht 66, wird
wiederum eine Oxidation durchgeführt, um auf der
freiliegenden Oberfläche der Halbleiterschicht 64 eine
dünne Oxidschicht 68 auszubilden, wie dies in Fig. 2B
dargestellt ist, und dann wird eine leitfähige Schicht 70
auf allen Oberflächen der Oxidschichten 66 und 68
abgeschieden. Diese leitende Schicht 70 kann aus einer
leitfähigen Polysiliciumschicht bestehen, wie dies in Fig.
2B dargestellt ist, oder aus einer leitfähigen
Metallschicht (nicht dargestellt) . Beim Ausführungsbeispiel
wird im folgenden die leitende Schicht 70 als eine leitende
Polysiliciumschicht bezeichnet.
Wie sich aus Fig. 2C entnehmen läßt, wird unter Verwendung
einer fremdatombereichsausbildenden Maske (nicht
dargestellt) ein Ätzprozeß ausgeführt, um die leitende
Polysiliciumschicht 70 selektiv zu entfernen. Von den durch
den selektiven Ätzprozeß ausgebildeten Öffnungen werden die
Öffnungen auf der Halbleiterschicht 64 vorgesehen, um
Fremdatombereiche auszubilden und die anderen Öffnungen
werden vorgesehen, um vier untere Feldplattenteile 70a,
70b, 70c und 70d, die aus der Polysiliciumschicht 70
besteht, zu isolieren. Anders ausgedrückt: durch die
anderen Öffnungen wird die Polysiliciumschicht 70 in die
vier unteren Teile 70a, 70b, 70c und 70d unterteilt.
Anschließend wird nacheinander eine p⁺-Ioneninjektion in
Richtung der Halbleiterschicht 64 und eine thermische
Diffusion durchgeführt, um einen p⁺-Hauptübergangsbereich
72a und einen Fremdatombereich 72b in der Halbleiterschicht
64 auszubilden, wie dies in Fig. 2D dargestellt ist.
Ebenfalls wird eine Abscheidung durchgeführt, um eine
isolierende Schicht 74 (z. B. eine PSG-Schicht
(Phosphorsilikatglas-Schicht)) auf der gesamten Oberfläche
auszubilden, wie dies in Fig. 2E dargestellt ist, und dann
wird ein Strukturierungsprozeß ausgeführt, um Kontaktlöcher
und strukturierte PSG-Teile 74a, 74b, 74c und 74d
auszubilden. Die PSG-Teile 74a bis 74d, in die die
PSG-Schicht 74 unterteilt ist, sind durch die Kontaktlöcher
getrennt, wie dies in Fig. 2F dargestellt ist. Unter den
strukturierten PSG-Teilen 74a bis 74d ist z. B. der
PSG-Teil 74a auf einem Teil des unteren Polysiliciumteils 70a
ausgebildet und füllt dabei die Öffnung zwischen den Teilen
70a und 70b aus. Der PSG-Teil 74b ist auf einem Teil des
unteren Polysiliciumteils 70b ausgebildet und füllt dabei
die Öffnung zwischen den Teilen 70b und 70c aus. Der
PSG-Teil 74c ist ebenfalls auf einem Teil des unteren
Polysiliciumteils 70c ausgebildet und füllt dabei die
Öffnung zwischen den Teilen 70c und 70d aus. Der PSG-Teil
74d ist auf einem Teil des Hauptübergangsbereichs 72a
ausgebildet.
Schließlich wird eine Metallisierung durchgeführt, um eine
Metallschicht auf den PSG-Teilen 74a bis 74d auszubilden
und um die Kontaktlöcher mit der Metallschicht auszufüllen,
und dann wird ein Strukturierungsprozeß ausgeführt, um
Öffnungen zur elektrischen Isolierung auszubilden. Diese
Öffnungen werden vorgesehen, um die Metallteile 76a bis
76d, die aus der Metallschicht bestehen, elektrisch
voneinander zu isolieren (siehe Fig. 2G). Jeder der
Metallteile 76a bis 76d wird hier im folgenden als ein
oberer Feldplattenteil bezeichnet, der jeweils mit einem
der unteren Teile 70a bis 70d elektrisch verbunden ist.
Die oberen Teile 76a bis 76d sind durch die Kontaktlöcher
mit den unteren Teilen 70a bis 70d elektrisch verbunden.
Dabei bilden der obere Teil 76a und der untere Teil 70a
eine Hauptfeldplatte 80a (siehe Fig. 1A). Der obere Teil
76b und der untere Teil 70b bilden eine erste
potentialfreie Feldplatte 80b, der obere Teil 76c und der
untere Teil 70c bilden eine zweite potentialfreie
Feldplatte 80c und der obere Teil 76d und der untere Teil
70d bilden eine letzte Feldplatte 80d. Da die
Hauptfeldplatte 80a der Feldplatten mit dem
p⁺-Hauptübergangsbereich 72, der ein aktiver Bereich des
Leistungshalbleiterbauteils ist, elektrisch verbunden ist,
wirkt die Hauptfeldplatte 80a als eine negative Elektrode
des Bauteils.
Beispielsweise ist ein horizontaler Überlappungsbereich
zwischen der Feldplatte 80a und der ersten potentialfreien
Feldplatte 80b ungefähr 72 µm breit, derjenige der
potentialfreien Feldplatten 80b und 80c ungefähr 32 µm
breit und der Überlappungsbereich der Feldplatten 80c und
80d ist ungefähr 16 µm breit. Mit zunehmendem Abstand vom
p⁺-Hauptübergangsbereich 72a nimmt die Länge des
Überlappungsbereichs um die Hälfte ab, so daß die Kapazität
eines jeden in Serie geschalteten Kondensators um die
Hälfte reduziert wird. D. h., ausgehend vom
p⁺-Hauptübergangsbereich 72a nimmt die Kapazität der
Kondensatoren in Reihe um jeweils die Hälfte ab.
Obwohl das obige, bevorzugte Ausführungsbeispiel einer
überlappenden Feldplattenstruktur zwischen der
Hauptfeldplatte und der letzten Feldplatte zwei
potentialfreie Feldplatten aufweist, ist die Erfindung
nicht auf eine solche Struktur beschränkt, sondern kann auf
eine Struktur mit mehr als zwei dazwischenliegenden,
potentialfreien Feldplatten erweitert werden.
Beim Leistungshalbleiterbauteil mit der obigen Struktur
werden in Reihe geschaltete Kondensatoren C1, C2 und C3
ausgebildet, wenn eine Spannung an eine negative Elektrode
des Bauteils angelegt wird, wie dies in Fig. 1B dargestellt
ist, wobei jeder der Kondensatoren aus den Feldplatten
80a-80d und einer der isolierenden Schichten 74a-74c
zusammengesetzt ist, so daß die angelegte Spannung unter
den Kondensatoren C1-C3 aufgeteilt und so die
Spannungsfestigkeit an der isolierenden Schicht
beträchtlich verbessert wird.
In der untenstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von einem
Simulationstest des Leistungshalbleiterbauteils mit der
obigen Struktur dargestellt. Der untenstehenden Tabelle
kann entnommen werden, daß der Spannungsabfall von einer
Änderung der Tiefe des Hauptübergangsbereichs (z. B. 5 µm
oder 3 µm) und der Grenzflächenladung zwischen der Oxid
schicht 66 und der Halbleiterschicht 64 abhängt, wenn eine
Spannung an das Leistungshalbleiterbauteil angelegt wird.
Gemäß der vorstehende Tabelle ist offensichtlich, daß der
Spannungsabfall nicht mehr gefährlich ist.
Wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, nimmt das
elektrische Potential in der Grenzschicht zwischen der
isolierenden Schicht 66 und der Halbleiterschicht 64 mit
zunehmendem Abstand vom Hauptübergangsbereich 72a
allmählich zu, wenn eine Spannung an das
Leistungshalbleiterbauteil der Erfindung angelegt wird. D.
h., ausgehend vom Hauptübergangsbereich 72a nimmt das
elektrische Potential an jeder überlappenden Feldplatte in
Richtung des Fremdatombereichs für einen metallischen
Kontakt zu. Aus Fig. 4 kann auch entnommen werden, daß
jeder der Spitzenwerte des elektrischen Felds der
Grenzschicht an verschiedenen Verbindungspunkten CN1-CN4
(dargestellt in Fig. 1B) so festgelegt ist, daß sie
untereinander nahezu gleich sind, weil die Kondensatoren in
Reihe geschaltet sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird ein
Leistungshalbleiterbauteil der Erfindung mit einer
überlappenden Feldplattenstruktur vorgesehen, bei dem sich
eine Vielzahl von Feldplatten teilweise überlappen, wobei
eine einzige isolierende Schicht dazwischenliegt. Wenn eine
Spannung an das Bauteil angelegt wird, bilden sich folglich
eine Vielzahl von Kondensatoren aus, von denen jeder aus
einer Feldplatte und der isolierenden Schicht
zusammengesetzt ist. Da die angelegte Spannung durch die in
Reihe geschalteten Kondensatoren aufgeteilt wird, kann
daher eine Durchbruchspannung bzw. Sperrspannung des
Bauteils beträchtlich erhöht und folglich die
Spannungsfestigkeit an der isolierenden Schicht verbessert
werden.
Claims (3)
1. Leistungshalbleiterbauteil mit einer
Halbleiterschicht (64), die zwischen einer positiven
Elektrode (60) und einer negativen Elektrode ausgebildet
ist, damit ein Hauptstromsignal durch die
Halbleiterschicht (64) fließen kann, wobei das Bauteil
aufweist:
einen Hauptübergangsbereich (72a) eines ersten Leitfähigkeitstyps, der auf der Halbleiterschicht (64) ausgebildet ist;
einen fremdatominjizierten Bereich (72b) für einen Metallkontakt, wobei der fremdatominjizierte Bereich auf der Halbleiterschicht (64) ausgebildet wird und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Hauptübergangsbereich (72a) aufweist;
eine isolierende Schicht (66), die auf der Halbleiterschicht (64) und teilweise auf dem Hauptübergangsbereich (72a) sowie dem fremdatominjizierten Bereich (72b) ausgebildet ist;
eine Hauptfeldplatte (80a) eines zweiten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Hauptübergangsbereich (72a) ausgebildet ist;
eine letzte Feldplatte (80d), die auf dem fremdatominjizierten Bereich (72b) für einen Metallkontakt ausgebildet ist; und
mindestens eine potentialfreie Feldplatte (80b, 80c), die auf der isolierenden Schicht (66) und zwischen der Hauptfeldplatte (80a) sowie der letzten Feldplatte (80d) ausgebildet ist, wobei Isolatoren (74a, 74b, 74c) dazwischen eingefügt sind und sich die potentialfreie Feldplatte teilweise sowohl mit der Hauptfeldplatte als auch mit der letzten Feldplatte überlappt, und wobei alle Platten und die Isolatoren eine Vielzahl von Kondensatoren bilden, die bei an das Bauteil angelegter Spannung in Reihe geschaltet sind.
einen Hauptübergangsbereich (72a) eines ersten Leitfähigkeitstyps, der auf der Halbleiterschicht (64) ausgebildet ist;
einen fremdatominjizierten Bereich (72b) für einen Metallkontakt, wobei der fremdatominjizierte Bereich auf der Halbleiterschicht (64) ausgebildet wird und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Hauptübergangsbereich (72a) aufweist;
eine isolierende Schicht (66), die auf der Halbleiterschicht (64) und teilweise auf dem Hauptübergangsbereich (72a) sowie dem fremdatominjizierten Bereich (72b) ausgebildet ist;
eine Hauptfeldplatte (80a) eines zweiten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Hauptübergangsbereich (72a) ausgebildet ist;
eine letzte Feldplatte (80d), die auf dem fremdatominjizierten Bereich (72b) für einen Metallkontakt ausgebildet ist; und
mindestens eine potentialfreie Feldplatte (80b, 80c), die auf der isolierenden Schicht (66) und zwischen der Hauptfeldplatte (80a) sowie der letzten Feldplatte (80d) ausgebildet ist, wobei Isolatoren (74a, 74b, 74c) dazwischen eingefügt sind und sich die potentialfreie Feldplatte teilweise sowohl mit der Hauptfeldplatte als auch mit der letzten Feldplatte überlappt, und wobei alle Platten und die Isolatoren eine Vielzahl von Kondensatoren bilden, die bei an das Bauteil angelegter Spannung in Reihe geschaltet sind.
2. Leistungshalbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem
die Länge der Überlappung zwischen der Hauptfeldplatte
(80a) und der potentialfreien Feldplatte (80b, 80c)
größer ist, als die Länge der Überlappung zwischen der
potentialfreien Feldplatte und der letzten Feldplatte
(80d).
3. Ein Verfahren zum Herstellen eines
Leistungshalbleiterbauteils mit einer Halbleiterschicht
(64), die zwischen einer positiven Elektrode (60) und
einer negativen Elektrode ausgebildet ist, damit ein
Hauptstromsignal durch die Halbleiterschicht
hindurchfließen kann, wobei das Verfahren die Schritte
aufweist:
Ausbilden einer ersten strukturierten, isolierenden Schicht (66) auf der Halbleiterschicht (64), wobei Teile der Halbleiterschicht freiliegen;
Ausbilden einer zweiten isolierenden Schicht (68) auf den freiliegenden Teilen der Halbleiterschicht (64), wobei die zweite isolierende Schicht dünner ist als die erste isolierende Schicht (66);
Ausbilden einer ersten strukturierten, leitenden Schicht (70) auf der ersten und der zweiten isolierenden Schicht (66, 68), wobei die erste leitende Schicht mindestens drei untere Teile (70a, 70b, 70c, 70d) aufweist, die durch dazwischenliegende Öffnungen voneinander isoliert sind;
Ausbilden eines Hauptübergangsbereichs (72a) und eines fremdatominjizierten Bereichs (72b) für Metallkontakte in der Halbleiterschicht (64) mittels einer Ionenimplantation in Richtung der Halbleiterschicht;
Ausbilden einer dritten isolierenden Schicht (74) auf der Halbleiterschicht (64) und der ersten leitenden Schicht (70);
Strukturieren der dritten isolierenden Schicht (74), um auf dem Hauptübergangsbereich (72a) und dem fremdatominjizierten Bereich (72b) Kontaktlöcher auszubilden und um die unteren Teile teilweise freizulegen; und
Ausbilden einer zweiten strukturierten, leitenden Schicht (76) auf der Halbleiterschicht, wobei die zweite leitende Schicht aus mindestens drei oberen Teilen (76a, 76b, 76c, 76d), die durch Öffnungen voneinander isoliert sind, zusammengesetzt ist und wobei jeder der oberen Teile mit einem der unteren Teile (70a, 70b, 70c, 70d) elektrisch verbunden ist und sich mit den unteren Teilen teilweise überlappt.
Ausbilden einer ersten strukturierten, isolierenden Schicht (66) auf der Halbleiterschicht (64), wobei Teile der Halbleiterschicht freiliegen;
Ausbilden einer zweiten isolierenden Schicht (68) auf den freiliegenden Teilen der Halbleiterschicht (64), wobei die zweite isolierende Schicht dünner ist als die erste isolierende Schicht (66);
Ausbilden einer ersten strukturierten, leitenden Schicht (70) auf der ersten und der zweiten isolierenden Schicht (66, 68), wobei die erste leitende Schicht mindestens drei untere Teile (70a, 70b, 70c, 70d) aufweist, die durch dazwischenliegende Öffnungen voneinander isoliert sind;
Ausbilden eines Hauptübergangsbereichs (72a) und eines fremdatominjizierten Bereichs (72b) für Metallkontakte in der Halbleiterschicht (64) mittels einer Ionenimplantation in Richtung der Halbleiterschicht;
Ausbilden einer dritten isolierenden Schicht (74) auf der Halbleiterschicht (64) und der ersten leitenden Schicht (70);
Strukturieren der dritten isolierenden Schicht (74), um auf dem Hauptübergangsbereich (72a) und dem fremdatominjizierten Bereich (72b) Kontaktlöcher auszubilden und um die unteren Teile teilweise freizulegen; und
Ausbilden einer zweiten strukturierten, leitenden Schicht (76) auf der Halbleiterschicht, wobei die zweite leitende Schicht aus mindestens drei oberen Teilen (76a, 76b, 76c, 76d), die durch Öffnungen voneinander isoliert sind, zusammengesetzt ist und wobei jeder der oberen Teile mit einem der unteren Teile (70a, 70b, 70c, 70d) elektrisch verbunden ist und sich mit den unteren Teilen teilweise überlappt.
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