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Kompensationsbauelement

IP.com Disclosure Number: IPCOM000129022D
Original Publication Date: 2005-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-25
Document File: 18 page(s) / 1M

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Durchbruchspannung eines herkoemmlichen Leistungstransistors und sein Durchlasswiderstand Ron*A sind ueber die Dotierung und Laenge bzw. Dicke der Driftstrecke (also des die Sperrspannung im Wesentlichen aufnehmenden Gebiets) verknuepft. Hohe Dotierung und kurze Driftstrecke haben einen niedrigen Durchlasswiderstand, aber auch eine niedrige Durchbruchspannung zur Folge. Umgekehrt sind fuer eine hohe Durchbruchspannung eine niedrige Dotierung und eine lange Driftstrecke erforderlich, die wiederum in einem hohen Durchlasswiderstand resultieren. Wuenschenswert ist eine Kompensationsstruktur, bei der dieser Zusammenhang hinsichtlich der Hoehe der Dotierung weiter entkoppelt wird. Aus dem derzeitigen Stand der Technik ist fuer die Weiterentwicklung von Kompensationsbauelementen die Einfuehrung eines Z-Diodenstapels in einem Graben zur Bereitstellung der erforderlichen Ladungstraeger fuer die Kompensation und zur Verbesserung des Avalanche-Verhaltens bekannt (siehe auch Abbildung 1). Die Dotierungsladung aus der Driftzone findet ihre Gegenladung in den nicht ausraeumbaren Diodenstapeln, was zu zusaetzlicher Ladung an den pn-Uebergaengen der Diodenstapel fuehrt. Die Ladung an diesen pn-Uebergaengen ist allerdings auch auf die Durchbruchsladung begrenzt. Sie liegt aufgrund der hoeheren Dotierungen zwar etwas hoeher als bei der in Relation niedriger dotierten Driftstrecke. Dadurch laesst sich die Dotierung in der Driftstrecke lediglich auf etwa den doppelten Wert eines herkoemmlichen MOS-Transistors anheben.

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S

Kompensationsbauelement

Idee: Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen; Dr. Hans-Joachim Schulze, DE-Muenchen; Armin

Willmeroth, DE-Muenchen

Die Durchbruchspannung eines herkoemmlichen Leistungstransistors und sein Durchlasswiderstand Ron*A sind ueber die Dotierung und Laenge bzw. Dicke der Driftstrecke (also des die Sperrspannung im Wesentlichen aufnehmenden Gebiets) verknuepft. Hohe Dotierung und kurze Driftstrecke haben einen niedrigen Durchlasswiderstand, aber auch eine niedrige Durchbruchspannung zur Folge. Umgekehrt sind fuer eine hohe Durchbruchspannung eine niedrige Dotierung und eine lange Driftstrecke erforderlich, die wiederum in einem hohen Durchlasswiderstand resultieren. Wuenschenswert ist eine Kompensationsstruktur, bei der dieser Zusammenhang hinsichtlich der Hoehe der Dotierung weiter entkoppelt wird.

Aus dem derzeitigen Stand der Technik ist fuer die Weiterentwicklung von Kompensationsbauelementen die Einfuehrung eines Z-Diodenstapels in einem Graben zur Bereitstellung der erforderlichen Ladungstraeger fuer die Kompensation und zur Verbesserung des Avalanche-Verhaltens bekannt (siehe auch Abbildung 1).

Die Dotierungsladung aus der Driftzone findet ihre Gegenladung in den nicht ausraeumbaren Diodenstapeln, was zu zusaetzlicher Ladung an den pn-Uebergaengen der Diodenstapel fuehrt. Die Ladung an diesen pn-Uebergaengen ist allerdings auch auf die Durchbruchsladung begrenzt. Sie liegt aufgrund der hoeheren Dotierungen zwar etwas hoeher als bei der in Relation niedriger dotierten Driftstrecke. Dadurch laesst sich die Dotierung in der Driftstrecke lediglich auf etwa den doppelten Wert eines herkoemmlichen MOS-Transistors anheben.

Bei heutigen sich in der Fertigung befindlichen Strukturen erfolgt die Kompensation ueber die lokale Implantation der entsprechenden Dotierstoffmengen in Schichtoberflaechen und die anschliessende Ausdiffusion (siehe Abbildung 1). Durch die hohe laterale Diffusion ist die minimale Strukturbreite begrenzt. Auf das Zusammendiffundieren der p-Inseln (siehe Abbildung 2) kann nicht verzichtet werden, da ansonsten das Bauelement lediglich sehr langsam einschaltet (siehe Abbildung 3), denn das Umladen der p-Inseln erfolgt hier nur ueber den Leckstrom. Werden die p-Inseln ueber niedrig dotierte, voll ausraeumbare p--Gebiete verbunden, so erfolgt das Einschalten deutlich schneller. In diesem Fall ist die Sperrfaehigkeit des Bauelements aber sehr stark von der Dotierung der p--Gebiete abhaengig. Diese Struktur ist in Abbildung 4 dargestellt.

Im Folgenden wird eine Kompensation beschrieben mittels derer dieser Zusammenhang hinsichtlich der Hoehe der Dotierung weiter entkoppelt wird. Daher wird vorgeschlagen, das Potential im n- Driftgebiet ueber einen Stack aus punchenden p+np+-Strukturen zu definieren, welche ueber niedrig dotierte p--Gebiete verbunden sind. Dadurch kann praktisch eine beliebige Ladung in der Driftzone kompensiert werden, da ueber das Punchen des Felds durch die n--Gebiete die Ladung der p+- Be...