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Verbesserte SOA durch laterale Bodyverstaerkungsausdiffusion

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028687D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 6 (2004-06-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Jun-25
Document File: 2 page(s) / 74K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei der Entwicklung neuer Generationen von DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor)-Leistungstransistoren kommt es insbesondere auf die Reduktion des flaechenbezogenen Einschaltwiderstandes an. Aufgrund hoeherer Packungsdichte wird dies in Zukunft nur durch Trenchtransistoren erreicht. In der Abbildung 1 ist ein Ueberblick ueber die Dense Trench Zellenkonstruktion gegeben. Die Verringerung des Einschaltwiderstands fuehrt jedoch zu einer Begrenzung der Safe Operating Area (SOA), speziell bei der Dissipation von Verlustleistung aufgrund von moderaten Stroemen und hohen Spannungen wie sie z.B. in Linearanwendungen auftreten. Dort wird der Transistor mit kleiner Drain-Source-Spannung VGS nur wenig aufgesteuert, so dass sich bei gegebenem Strom ein gewuenschter Spannungsabfall ueber Drain und Source ergibt. Um neben dem geringen Einschaltwiderstand im durchgeschalteten Fall auch ausreichende SOA-Stabilitaet bei leicht angesteuertem Gate zu erhalten, sind weitere Massnahmen noetig.

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S

Verbesserte SOA durch laterale Bodyverstaerkungsausdiffusion

Idee: Dr. Markus Zundel, DE-Muenchen; Dr. Achim Knapp, DE-Muenchen

Bei der Entwicklung neuer Generationen von DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor)- Leistungstransistoren kommt es insbesondere auf die Reduktion des flaechenbezogenen Einschaltwiderstandes an. Aufgrund hoeherer Packungsdichte wird dies in Zukunft nur durch Trenchtransistoren erreicht. In der Abbildung 1 ist ein Ueberblick ueber die Dense Trench Zellenkonstruktion gegeben. Die Verringerung des Einschaltwiderstands fuehrt jedoch zu einer Begrenzung der Safe Operating Area (SOA), speziell bei der Dissipation von Verlustleistung aufgrund von moderaten Stroemen und hohen Spannungen wie sie z.B. in Linearanwendungen auftreten. Dort wird der Transistor mit kleiner Drain-Source-Spannung V

Ron

                                                       GS nur wenig aufgesteuert, so dass sich bei gegebenem Strom ein gewuenschter Spannungsabfall ueber Drain und Source ergibt. Um neben dem geringen Einschaltwiderstand im durchgeschalteten Fall auch ausreichende SOA-Stabilitaet bei leicht angesteuertem Gate zu erhalten, sind weitere Massnahmen noetig.

Fuer planare MOSFETs gibt es dafuer eine Loesung, die in der Patentschrift US2002/0020873 vorgestellt ist. Zur Verbesserung der SOA-Stabilitaet soll dabei ein Teil der Zellen mit einer hoeheren Thresholdspannung VGSTh ausgebildet werden. Diese lokale VGSTh -Erhoehung geschieht dort

entweder durch hoehere Bodydotierung bzw. laengeren Kanal, niedrigere Sourcedotierung oder dickeres Gateoxid. Im Linearbetrieb bei kleiner Gate-Source-Spannung VGS tragen dann im

Gegensatz zu einem normalen Transistor nur die Zellen mit niedriger VGSTh den Strom. Die Zellen mit

hoeherer VGSTh werden nicht angesteuert und stellen lediglich ihr Siliziumvolumen zur

Waermedissipation. Diese Massnahme bewirkt eine Reduktion der Kanalweite W bei kleiner VGS, was

letztlich eine Ausweitung von SOA nach sich zieht. Im Ron-Fall bei grosser VGS werden alle Zellen

(fast) gleich angesteuert, so dass die volle Kanalweite zur Verfuegung steht. Abbildung 2 zeigt den Stand der Technik.

Bisher gibt es keine analoge Loesung fuer Trenchstukturen, die ohne zusaetzlichen Aufwand auskommt.

Es wird vorgeschlagen, im schon vorhandenen Dense Trench Prozessflow die dort implantierten Bodykontakt- bzw. Bodyverstaerkungsgebiete entlang der Trenchstreifen so weit lateral auszudiffundieren, dass sich das gewuensch...