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Trench-DMOS fuer Kompensationsbauelemente

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010537D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 1 (2003-01-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Jan-25
Document File: 3 page(s) / 183K

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Siemens

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Abstract

Neuartige vertikale Hochvoltsiliziumbauelemente (Spannungsfestigkeit > 300 V) benoetigen in der Epitaxiedriftzone vertikale, saeulenartige, feinstrukturierte Dotiergebiete. Diese sogenannten Kompensationsbauelemente erreichen theoretisch eine Reduktion des Einschaltwiderstandes um bis zu einer Groessenordnung. Gegenwaertig werden 600 V Bauelemente, in denen eine Verbesserung des Einschaltwiderstandes um einen Faktor 5 gegenueber konventioneller Technologie erreicht wird, produktiv mittels der sogenannten Aufbautechnik hergestellt. Unter dem Begriff Aufbautechnik versteht man die mehrmalige Abfolge der Prozesssequenz maskierte (niederenergetische) Implantation und Abscheidung einer Epitaxieschicht mit anschliessendem konventionellem planarem (Gateoxid parallel zur Waferoberflaeche) Deviceaufbau. Es ist die Zielsetzung dieser Erfindung, ein neuartiges Bauelementekonzept, mit potentiell deutlich abgesenktem Einschaltwiderstand gegenueber den planaren Konzepten, vorzustellen und darueber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben. Dieses Herstellungsverfahren ist wegen der geringen Anzahl der benoetigten Einzelschritte der heutigen Aufbautechnik deutlich ueberlegen. Ein Kompensationsbauelement besteht vereinfacht ausgedrueckt aus zwei Teilen. Erstens der Epitaxiedriftzone und zweitens dem eigentlichen Transistor. Die Epitaxiedriftzone von Kompensationsbauelementen enthaelt im Gegensatz zu konventionellen HV-MOS (Hochvolt – Metal Oxide Semiconductor) Transistoren feinstrukturierte, sehr tiefreichende Dotiergebiete. Diese Gebiete werden gegenwaertig in der sogenannten Aufbautechnik (wiederholte maskierte Implantation + Epitaxieabscheidung) realisiert. Der zweite Teil, der eigentliche Transistor, ist gegenwaertig eine Adaption einer IGBT2 (Insulated Gate Bipolar Transistor) Transistorzelle. Der CoolMOS Transistor (Produkt der Infineon AG) faellt somit in die Kategorie planarer HV-Transistor mit entsprechendem HV-Randabschluss. Fuer ein n-Kanal-Bauelement wird die in Abbildung 1 dargestellte Struktur vorgeschlagen.

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Trench-DMOS fuer Kompensationsbauelemente

Idea: Dr. Oliver Haeberlein, AT-Villach; Dr. Michael Rueb, AT-Villach

Neuartige vertikale Hochvoltsiliziumbauelemente (Spannungsfestigkeit > 300 V) benoetigen in der Epitaxiedriftzone vertikale, saeulenartige, feinstrukturierte Dotiergebiete. Diese sogenannten Kompensationsbauelemente erreichen theoretisch eine Reduktion des Einschaltwiderstandes um bis zu einer Groessenordnung. Gegenwaertig werden 600 V Bauelemente, in denen eine Verbesserung des Einschaltwiderstandes um einen Faktor 5 gegenueber konventioneller Technologie erreicht wird, produktiv mittels der sogenannten Aufbautechnik hergestellt.

Unter dem Begriff Aufbautechnik versteht man die mehrmalige Abfolge der Prozesssequenz maskierte (niederenergetische) Implantation und Abscheidung einer Epitaxieschicht mit anschliessendem konventionellem planarem (Gateoxid parallel zur Waferoberflaeche) Deviceaufbau.

Es ist die Zielsetzung dieser Erfindung, ein neuartiges Bauelementekonzept, mit potentiell deutlich abgesenktem Einschaltwiderstand gegenueber den planaren Konzepten, vorzustellen und darueber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben. Dieses Herstellungsverfahren ist wegen der geringen Anzahl der benoetigten Einzelschritte der heutigen Aufbautechnik deutlich ueberlegen.

Ein Kompensationsbauelement besteht vereinfacht ausgedrueckt aus zwei Teilen. Erstens der Epitaxiedriftzone und zweitens dem eigentlichen Transistor.

Die Epitaxiedriftzone von Kompensationsbauelementen enthaelt im Gegensatz zu konventionellen HV-MOS (Hochvolt - Metal Oxide Semiconductor) Transistoren feinstrukturierte, sehr tiefreichende Dotiergebiete. Diese Gebiete werden gegenwaertig in der sogenannten Aufbautechnik (wiederholte maskierte Implantation + Epitaxieabscheidung) realisiert.

Der zweite Teil, der eigentliche Transistor, ist gegenwaertig eine Adaption einer IGBT2 (Insulated Gate Bipolar Transistor) Transistorzelle. Der CoolMOS Transistor (Produkt der Infineon AG) faellt somit in die Kategorie planarer HV-Transistor mit entsprechendem HV-Randabschluss.

Fuer ein n-Kanal-Bauelement wird die in Abbildung 1 dargestellte Struktur vorgeschlagen.

Abbildung 1:

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© SIEMENS AG 2002 file: IFX_2002J17722.doc page: 2

Vom Stand der Technik unterscheidet sich die dargestellte Struktur in vier wesentlichen Punkten:

Das GOX (Gateoxid) ist senkrecht zur Waferoberflaeche in einem Trench angeordnet. Damit ist auch der Kanalbereich (Body) senkrecht zur Waferoberflaeche angeordnet. Die Kontaktloecher sind zwischen den GOX-Bereichen positioniert. Die Position fuer Source- und Bodyanschluss ergeben sich aus der Trenchanordnung des GOX.

Es sind n-dotierte Saeulen in einer abgeschiedenen p-dotierten Epitaxieschicht eingebaut.

Die Saeulen sind in sich nicht unbedingt homogen dotiert, sondern die n-Dotierung ist an der Seitenwand ei...