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

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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....