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Rueckwaerts sperrender IGBT

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028837D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 7 (2004-07-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Jul-25
Document File: 1 page(s) / 27K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei rueckwaerts sperrenden IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist es erforderlich, dass eine ungestoerte p-Schicht nicht nur als Rueckseitenemitter eingebracht wird, sondern auch die spaeteren Seitenwaende des Chips vollstaendig mit ungestoertem, p-dotiertem Material abgedeckt sind. Die minimale Dosis senkrecht zu allen Oberflaechen muss die Durchbruchsladung von etwa QBR = 1,8x1012/cm3 uebersteigen. Bei Loecherfluss ueber den sperrenden pn-Uebergang muss sie entsprechend der erwarteten Stromdichte noch erhoeht werden, weil die Loecher die negativ geladenen Akzeptorruempfe kompensieren. Bislang finden tiefdiffundierte p-Gebiete entweder von der Vorderseite oder von Vorder- und Rueckseite gleichzeitig aus Anwendung. Letzteres reduziert die Diffusionszeit. Nachteilig in beiden Faellen ist, dass eine relativ grosse Strecke durch Diffusion ueberbrueckt werden muss. Selbst unter Verwendung des in der IC-Fertigung (Integrated Circuit) unerwuenschten Dotierstoffes Aluminium (Al) ergibt sich ein sehr hoher Temperaturaufwand. Die Idee besteht nun darin, auf einem Grundmaterial am Rand eines jeden Chips Graeben zu erzeugen, die mindestens die Dicke des spaeteren Chips erreichen, aber den Halbleiterwafer nicht durchtrennen. Die Graeben koennen beispielsweise durch anisotropes Aetzen in starken Basen wie Kaliumhydroxid (KOH), durch trockenchemische Grabenaetzungen oder auch durch Laserschneiden erzeugt werden. Entlang dieser Graeben wird nun mit Ionenimplantatioen oder durch Vorbelegung aus der Gasphase eine p-Dotierung eingebracht und ausdiffundiert. Dosis und Diffusionsweite werden derart gewaehlt, dass die Forderung „mindestens Durchbruchsladung“ auch unter Stromfluss und der zu erwartenden Defektgroessen erfuellt wird. Soll beispielsweise bei einer Defektgroesse von 0,7 μm noch kein erhoehter Sperrstrom bzw. Ausfall auftreten, so muss eine Dosis von etwa 1014/cm2 etwa 1 μm ausdiffundiert werden.

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S

Rueckwaerts sperrender IGBT

Idee: Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen; Dr. Friedrich Kroener, AT-Villach

Bei rueckwaerts sperrenden IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist es erforderlich, dass eine ungestoerte p-Schicht nicht nur als Rueckseitenemitter eingebracht wird, sondern auch die spaeteren Seitenwaende des Chips vollstaendig mit ungestoertem, p-dotiertem Material abgedeckt sind. Die minimale Dosis senkrecht zu allen Oberflaechen muss die Durchbruchsladung von etwa QBR =

1,8x1012/cm3 uebersteigen. Bei Loecherfluss ueber den sperrenden pn-Uebergang muss sie

entsprechend der erwarteten Stromdichte noch erhoeht werden, weil die Loecher die negativ geladenen Akzeptorruempfe kompensieren.

Bislang finden tiefdiffundierte p-Gebiete entweder von der Vorderseite oder von Vorder- und Rueckseite gleichzeitig aus Anwendung. Letzteres reduziert die Diffusionszeit. Nachteilig in beiden Faellen ist, dass eine relativ grosse Strecke durch Diffusion ueberbrueckt werden muss. Selbst unter Verwendung des in der IC-Fertigung (Integrated Circuit) unerwuenschten Dotierstoffes Aluminium (Al) ergibt sich ein sehr hoher Temperaturaufwand.

Die Idee besteht nun darin, auf einem Grundmaterial am Rand eines jeden Chips Graeben zu erzeugen, die mindestens die Dicke des spaeteren Chips erreichen, aber den Halbleiterwafer nicht durchtrennen. Die Graeben koennen beispielsweise durch anisotropes Aetzen in starken Basen wie Kaliumhydroxid (KOH), durch trockenchemische Grabenaetzungen oder auch durch Laserschneiden erzeugt werden. Entlang dieser Graeben wird nun mit Ionenimplantatioen oder durch Vorbelegung aus der Gasphase eine p-Dotierung eingebracht und ausdiffundiert. Dosis und Diffusionsweite werden derart gewaehlt, dass die Forderung "mindestens Durchbruchsladung" auch unter Stromfluss und der zu erwartenden Defektgroessen erfuellt wird. Soll beispielsweise bei einer Defektgroesse von 0,7 µm noch kein erhoehter Sperrstrom bzw. Ausfall auftreten, so muss eine Dosis von etwa 1014/cm2 etwa 1

µm ausdiffundiert werden.

Als Grundmaterial empfiehlt sich sogenanntes Diffused-Wafer-Material, wobei p von der Rueckseite tief in einen n-dotierten Halbleiter eingetrieben wird, oder homogenes FZ- (Float Zone) Silizium. Diffused-Wafer-Material hat zum Vorteil, dass die Graeben in p-dotiertem Material enden. Wenn sehr schwache IGBT-Rueckseitenemitter gefordert werden, muss dieser gegebenenfalls mit...