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Herstellungsverfahren für ein Kompensationsbauelement / Verfahren zur definierten Ladungstrennung bei doppelt dotierter Ausgangsepischicht

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018363D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 6 page(s) / 2M

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Hans Weber: AUTHOR

Abstract

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf einen vertikalen n-Kanal-Leistungstransistor gemäß dem Kompensationskonzept (CoolMOS TM ). Die unten dargestellte Idee ist in analoger Weise jedoch auch auf alle anderen Varianten von Kompensations- bauelementen anwendbar.

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Bauelemente

Herstellungsverfahren für einKompensationsbauelement / Ver-fahren zur definierten Ladungs-trennung bei doppelt dotierter Aus-gangsepischicht

Idee: Dr. Hans Weber, A–Villach

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich aufeinen  vertikalen  n-Kanal-Leistungstransistor gemäßdem Kompensationskonzept (CoolMOS TM ). Dieunten dargestellte Idee ist in analoger Weise jedochauch auf alle anderen Varianten von Kompensations-bauelementen anwendbar.

Bei  Kompensations-MOS-FETs  werden im aktivenVolumen unter dem eigentlichen Device p- und n-Gebiete so nebeneinander angeordnet, dass sich dieseim Sperrfall  gegenseitig  ,elektrisch  kompensieren‘können und dass im durchgeschalteten Zustand einnicht unterbrochener niederohmiger Leitungspfadvom Source- zum Drain-Anschluss gegeben ist(Bsp.: Abb.  1  -  CoolMOS TM -Transistorzelle).  Jededer beiden Ladungsgebiete (im Folgenden mit,Säule‘ bezeichnet) darf in Horizontalrichtung gese-hen nur einen Teil der Durchbruchsflächenladung*beinhalten (,horizontale Flächenladung < q c ‘).

Abb. 1:

Infolge dieses speziellen Aufbaus lässt sich bei gege-bener  Durchbruchspannung für  Kompensationsbau-elemente die Dotierung des n-Pfades massiv erhöhenverglichen  mit  konventionellen  Bauteilen. Dadurcherreicht man  eine  empfindliche  Reduzierung  desEinschaltwiderstandes und somit eine deutliche Er-höhung der Wertschöpfung.

*  Halbleitermaterialien  (und  Isolatoren)  sind  nur  bis zu einembestimmten  elektrischen  Feld  E C   sperrfähig.  Bei  E   ‡   E C   führenMultiplikationseffekte zur Generierung von freien Ladungsträger-paaren, so dass der Sperrstrom stark ansteigt. Da Ladungen dieQuellen jeden elektrischen Feldes sind, wird E C  (gemäß der zwei-ten Maxwell-Gleichung) durch eine äquivalente Durchbruchsflä-chenladung q c  verursacht q c  wiederum ist eine Folge ionisierterDotieratome .

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Bauelemente

Ein  Teil  dieser  Wertschöpfung  wird  jedoch  durchden Mehraufwand infolge der aufwendigen Struktu-rierung des spannungsaufnehmenden Volumensverbraucht. Die bisher eingesetzten Herstellungsme-thoden sind sehr kostenintensiv und aufwendig undbeschneiden daher sehr stark den Mehrwert, welcherdurch das Kompensationskonzept erreicht wird.

Diverse bislang diskutierte neuartige Fertigungskon-zepte zeigen hier zwar eine wesentlich bessere Kos-tenbilanz,  eine  technologische  Umsetzung wurdeaber  bislang  wieder  verworfen,  da die gefordertenFertigungstoleranzen mit derzeit zur Verfügungstehenden Mitteln nicht zu erfüllen sind.

Ziel ist es daher, ein Fertigungskonzept für Kompen-sationsbauteile  anzugeben,  welches preiswerter alsbisher eingesetzte Herstellungsverfahren ist bei glei-cher oder besserer Produktperformance und dennochderart  kleine  Fertigungsschwankungen  bietet, dassdie sich  ergebenden  Produktkenngrößen  innerhalbder erlaubten Toleranzen liegen.

A. Mehrfachepitaxie

Bisher werden Kompensationsbauteile ausschließlichmittels ,Mehrfachepitaxie‘ gefertigt (Abb....