DE102006022587B3 - Silicon on insulator-transistor for use in semiconductor component, has substrate area provided below or in proximity of source region and another substrate area provided below or in proximity of drain zone - Google Patents
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Abstract
Ein
lateraler SOI-Transistor (1) weist auf:
- ein Substrat (2) des
einen Leitungstyps (n),
- eine auf dem Substrat (2) angeordnete
Isolationsschicht (3), und
- eine auf der Isolationsschicht
(3) angeordnete Halbleiterschicht (4), wobei in der Halbleiterschicht
(4) ein laterales MOS-Schaltelement (5) ausgebildet ist, das eine
Sourcezone (6), eine Bodyzone (7), eine Driftzone (8) und eine Drainzone
(9) aufweist.
Ein erster Substratbereich (16), der sich unterhalb
oder in der Nähe
der Sourcezone befindet, ist auf Sourcepotenzial gesetzt, und ein
zweiter Substratbereich (18), der sich unterhalb oder in der Nähe der Drainzone
(9) befindet, ist auf Drainpotenzial gesetzt. Ein zwischen dem ersten
und zweiten Substratbereich (16, 18) befindlicher Teil eines dritten Substratbereichs
weist streifenförmige
Halbleitergebiete (20, 21) des einen Leitungstyps (n) und des anderen
Leitungstyps (p) auf, wobei die Halbleitergebiete (21) des einen
Leitungstyps (n) mit den Halbleitergebieten (20) des anderen Leitungstyps
(p) alternieren, und die Längsausrichtung
der streifenförmigen
Halbleitergebiete (20, 21) zur Drainzone (9) weist.A lateral SOI transistor (1) has:
a substrate (2) of one conductivity type (s),
- On the substrate (2) arranged insulating layer (3), and
a semiconductor layer (4) arranged on the insulating layer (3), wherein in the semiconductor layer (4) a lateral MOS switching element (5) is formed which has a source zone (6), a body zone (7), a drift zone (8). and a drain zone (9).
A first substrate region (16) located below or in the vicinity of the source region is set to source potential, and a second substrate region (18) located below or in the vicinity of the drain region (9) is set to drain potential. A part of a third substrate region located between the first and second substrate regions (16, 18) has strip-shaped semiconductor regions (20, 21) of one conductivity type (n) and of the other conductive type (p), wherein the semiconductor regions (21) of the one conductivity type (21) n) with the semiconductor regions (20) of the other conductivity type (p) alternate, and the longitudinal orientation of the strip-shaped semiconductor regions (20, 21) to the drain zone (9) has.
Description
Die Erfindung betrifft einen lateralen SOI-Transistor, mit:
- – einem Substrat des einen Leitungstyps,
- – einer auf dem Substrat angeordneten Isolationsschicht, und
- – einer auf der Isolationsschicht angeordneten Halbleiterschicht, wobei in der Halbleiterschicht ein laterales Schaltelement ausgebildet ist, das eine Sourcezone, eine Bodyzone, eine Driftzone und eine Drainzone aufweist,
- – wobei ein erster Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Sourcezone befindet, auf Sourcepotenzial gesetzt ist, und ein zweiter Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Drainzone befindet, auf Drainpotenzial gesetzt ist.
- A substrate of one conductivity type,
- - An arranged on the substrate insulating layer, and
- A semiconductor layer arranged on the insulating layer, wherein a lateral switching element having a source zone, a body zone, a drift zone and a drain zone is formed in the semiconductor layer,
- Wherein a first substrate region, which is located below or in the vicinity of the source zone, is set to source potential, and a second substrate region, which is located below or in the vicinity of the drain zone, is set to drain potential.
In
Ein
SOI-Transistor
An SOI transistor
Um
eine Sperrspannung zwischen der Sourcezone
Der
SOI-Transistor
In
Nachteilig
an den ringförmigen
Halbleitergebieten
Weiterhin
sind aus der WO 2004/102672 A1 und der
Schließlich ist
noch aus der
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, einen lateralen SOI-Transistor der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass der laterale Platzbedarf zwischen erstem Substratbereich und zweitem Substratbereich bei vorgegebener Potenzialdifferenz minimiert wird.The invention underlying Aufga Be is to develop a lateral SOI transistor of the type mentioned so that the lateral space requirement between the first substrate region and the second substrate region is minimized for a given potential difference.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung laterale SOI-Transistoren gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 bereit. Vor teilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.to solution This object is achieved by the invention lateral SOI transistors according to claims 1 and 2 ready. Before some embodiments or refinements of The idea of the invention can be found in the subclaims.
Die Erfindung stellt einen lateralen SOI-Transistor bereit, der aufweist:
- – ein Substrat des einen Leitungstyps,
- – eine auf dem Substrat angeordnete Isolationsschicht, und
- – eine auf der Isolationsschicht angeordnete Halbleiterschicht, wobei in der Halbleiterschicht ein laterales Schaltelement (z.B. ein MOS-Schaltelement oder ein IGBT-Schaltelement) ausgebildet ist, das eine Sourcezone, eine Bodyzone, eine Driftzone und eine Drainzone aufweist.
- A substrate of one conductivity type,
- - An arranged on the substrate insulating layer, and
- A semiconductor layer arranged on the insulating layer, wherein in the semiconductor layer a lateral switching element (eg a MOS switching element or an IGBT switching element) is formed, which has a source zone, a body zone, a drift zone and a drain zone.
Ein erster Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Sourcezone befindet, ist auf Sourcepotenzial gesetzt; ein zweiter Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Drainzone befindet, ist auf Drainpotenzial gesetzt. Ein zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich befindlicher Teil eines dritten Substratbereichs weist streifenförmige Halbleitergebiete des einen Zeitungstyps und des anderen Leitungstyps auf, wobei die Halbleitergebiete des einen Zeitungstyps mit den Halbleitergebieten des anderen Leitungstyps alternieren, und die Längsausrichtung der streifenförmigen Halbleitergebiete zur Drainzone weist.One first substrate region located below or near the source zone is set to source potential; a second substrate area, which is below or near the drain zone is set to drain potential. One between part of a first and second substrate area third substrate region has strip-shaped semiconductor regions of a newspaper type and the other conductivity type, wherein the semiconductor regions one newspaper type with the semiconductor regions of the other conductivity type alternate, and the longitudinal orientation the strip-shaped Semiconductor regions facing the drain zone.
Die Erfindung stellt weiterhin einen lateralen SOI-Transistor bereit, der aufweist:
- – ein Substrat des einen Leitungstyps,
- – eine auf dem Substrat angeordnete Isolationsschicht, und
- – eine auf der Isolationsschicht angeordnete Halbleiterschicht, wobei in der Halbleiterschicht ein laterales Schaltelement ausgebildet ist, das eine Sourcezone, eine Bodyzone, eine Driftzone und eine Drainzone aufweist.
- A substrate of one conductivity type,
- - An arranged on the substrate insulating layer, and
- A semiconductor layer arranged on the insulating layer, wherein in the semiconductor layer a lateral switching element is formed which has a source zone, a body zone, a drift zone and a drain zone.
Ein erster Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Sourcezone befindet, ist auf Sourcepotenzial gesetzt; ein zweiter Substratbereich, der sich unterhalb oder in der Nähe der Drainzone befindet, ist auf Drainpotenzial gesetzt. In einem Substratbereich, der zwischen dem ersten und zweiten Substratbereich vorgesehen ist, sind Teile mehrerer lateral voneinander beabstandeter, ringförmiger Halbleitergebiete des anderen Leitungstyps vorgesehen, wobei jedes ringförmige Halbleitergebiet die Drainzone und gegebenenfalls auch die Sourcezone umschließt. Zwischen wenigstens zwei ringförmigen Halbleitergebieten ist eine alternierende Folge aus Halbleitergebieten des einen Leitungstyps und des anderen Leitungstyps ausgebildet, die in ihrer Gesamtheit zumindest einen Teil eines ringförmigen, die Drainzone umschließenden Resurf-Halbleitergebiets ausbildet.One first substrate region located below or near the source zone is set to source potential; a second substrate area, which is below or near the drain zone is set to drain potential. In one Substrate area, between the first and second substrate area is provided, are parts of a plurality of laterally spaced apart, annular Semiconductor regions of the other conductivity type provided, each annular Semiconductor area, the drain zone and possibly also the source zone encloses. Between at least two annular Semiconductor regions is an alternating sequence of semiconductor regions of the one conductivity type and the other conductivity type, in their entirety at least part of an annular, enclosing the drain zone Resurf semiconductor region formed.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden demnach die ringförmigen Halbleitergebiete des anderen Leitungstyps zumindest teilweise weggelassen und durch eine Kompensationsstruktur ("Resurf-Struktur") ersetzt, die aus einer alternierenden Folge streifenförmiger Halbleitergebiete besteht. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung werden die ringförmigen Halbleitergebiete des anderen Leitungstyps nicht weggelassen, sondern es werden die Bereiche zwischen den ringförmigen Halbleitergebieten mit Kompensationsstrukturen "aufgefüllt". Vorzugsweise umschließen in beiden Ausführungsformen die Kompensationsstrukturen die Drainzone (d.h. den zweiten Substratbereich) vollständig.According to one According to the first aspect of the invention, the annular semiconductor regions of the other line type at least partially omitted and by a Compensation structure ("Resurf structure") replaced, the an alternating sequence of strip-shaped semiconductor regions. According to one second aspect of the invention, the annular semiconductor regions of the other types of lines are not omitted, but it will be the areas between the annular ones Semiconductor regions with compensation structures "filled". Preferably enclose in both embodiments the compensation structures the drain zone (i.e., the second substrate area) Completely.
Die Halbleitergebiete des einen Leitungstyps sowie die Halbleitergebiete des anderen Leitungstyps können in einer Ausführungsform der Erfindung gleiche oder nahezu gleiche geometrische Ausmaße aufweisen. Allerdings ist diese gleiche Geometrie nicht von entscheidender Bedeutung. Wichtig ist vielmehr, dass im Wesentlichen Ladungsgleichheit besteht, damit Kompensation erreicht wird. Es kann also beispielsweise eine hochdotierte schmale n-leitende Bahn einer niedrig dotierten breiten p-leitenden Bahn gegenüberstehen.The Semiconductor regions of the one conductivity type and the semiconductor regions of the other type of line in one embodiment of the invention have the same or nearly the same geometric dimensions. However, this same geometry is not critical Importance. Rather, it is important that essentially equal charge exists for compensation to be achieved. So it can be, for example a heavily doped narrow n-type lane of a low doped wide p-type Facing each other.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dotierstärke der Halbleitergebiete des einen Leitungstyps und der Halbleitergebiete des anderen Leitungstyps gleich oder nahezu gleich. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, dass sich benachbarte Halbleitergebiete unterschiedlichen Leitungstypen im Sperrfall vollständig ausräumen, was eine erhöhte Sperrfähigkeit nach sich zieht. Dies wiederum ermöglicht es, die lateralen Ausmaße des zwischen ersten und zweiten Substratbereich befindlichen, zum Potenzialabbau dienenden Substratbereichs zu reduzieren.In an embodiment The invention is the doping strength the semiconductor regions of the one conductivity type and the semiconductor regions the same or almost the same as the other type of line. In this way and Way is guaranteed that adjacent semiconductor regions of different conductivity types in the blocking case completely dispel, what an increased blocking ability pulls. This, in turn, allows the lateral dimensions of the one between the first and second substrate area, for potential reduction serving Substrate area to reduce.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures exemplary embodiment explained in more detail. It demonstrate:
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche sowie Bauteile/Baugruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Sämtliche Ausführungsformen können invers dotiert sein, d.h. n-Gebiete werden durch p-Gebiete ersetzt und umgekehrt.In the figures are identical or corresponding areas as well as components / assemblies with the same reference numerals. All embodiments can be inversely doped, i. n-areas are replaced by p-areas and vice versa.
In
der folgenden Beschreibung wird eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen SOI-Transistors
näher erläutert. Diese
Ausführungsform
ist identisch zur in
Somit
werden in der ersten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen SOI-Transistors
die zwischen den ringförmigen
Halbleitergebieten
Liegt
das Halbleitergebiet
Wie
in
Des
Weiteren ist es möglich,
die ringförmigen
Halbleitergebiete
Wie
in
Vorzugsweise
sollten die Halbleitergebiete
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte der Er findung erläutert werden.In The following description is intended to further aspects of the invention explained become.
Die in WO 2005/076366 beschriebenen Bauelemente werden z.B. für die Level-shift-Funktion zwischen Low- und High-side Treiberstufen eingesetzt. Um eine Isolation von mehr als 600 V zwischen diesen Stufen zu gewährleisten, wird SOI-Grundmaterial auf n-dotierten Basiswafern mit einem Schichtwiderstand im Bereich von 45 Ohmcm eingesetzt. Üblicherweise liegt die spätere IC-Chiprückseite auf dem höchsten vorkommenden elektrischen Potenzial (z.B. 600 V). Die spätere IC-Chipvorderseite enthält unter der vergrabenen Isolatorschicht (BOX) großflächige p-Gebiete, über denen im darüber liegenden Si-Film entweder die Low-side-Logik/Treiber oder die High-side-Logik/Treiber integriert werden. Diese Inseln liegen damit entweder auf dem niedrigsten (Ground, Low-side) oder höchsten vorkommenden Potenzial (z.B. 600 V, High-side). Diese Inseln sind so beabstandet, und der Abstand ist mit einer p-Ringstruktur so aufgefüllt, dass die Potenzialdifferenz zwischen den Inseln lateral abgebaut werden kann. Die in WO 2005/076366 beschriebenen Bauelemente werden in den Si-Film über dieser genannten p-Ringstruktur integriert.The components described in WO 2005/076366 are used, for example, for the level-shift function between low and high-side driver stages. In order to ensure isolation of more than 600 V between these stages, SOI base material is used on n-doped base wafers with a sheet resistance in the range of 45 ohm cm. Usually, the later IC chip back side has the highest occurring electrical potential (eg 600 V). The later IC chip front contains under the buried insulator layer (BOX) large p-areas, over which in the overlying Si-film either the low-side logic / driver or the high-side logic / driver can be integrated. These islands are thus either at the lowest (ground, low-side) or highest occurring potential (eg 600 V, high-side). These islands are so spaced, and the gap is filled with a p-ring structure so that the potential difference between the islands can be laterally degraded. The components described in WO 2005/076366 are integrated into the Si film via said p-ring structure.
Die vorangehend beschriebene, zwischen der Low- und High-side befindliche p-Ringstruktur nimmt insbesondere bei Vollbrückentreibern (3 isolierte High-side-Treiber) einen erheblichen Teil der IC-Fläche ein. Mit der Randstruktur, die das IC umschließt, macht diese Fläche ca. ein Drittel der gesamten Chipfläche aus. Ziel ist es, um preislich wettbewerbsfähig zu bleiben, diese ungenutzten Flächen so klein wie möglich zu halten. Ein weiterer Vorteil einer Struktur mit optimierter lateraler Ausdehnung sind bessere Einschalteigenschaften (Durchlasswiderstand, Steilheit, etc.). Eine Verringerung der benötigten Chipfläche beeinflusst darüber hinaus die Flächenausbeute positiv.The previously described, located between the low and high side p-ring structure is especially important for full-bridge drivers (3 isolated high-side drivers) a significant portion of the IC area one. With the edge structure surrounding the IC, this area makes approx. one third of the total chip area out. The aim is to remain priced competitively, these unused Surfaces like that small as possible to keep. Another advantage of a structure with optimized lateral Expansion are better turn-on characteristics (on-resistance, Steepness, etc.). A reduction in the required chip area influenced about that In addition, the area yield positive.
Erfindungsgemäß wird die laterale Ausdehnung (Beabstandung zwischen den low- und high-side-Inseln) der p-Ringstruktur minimiert. Hierzu wird, ausgehend von der p-Ringstruktur aus [1], der Zwischenraum zwischen zwei p-Ringen mit Hilfe von "resurf-Strukturen", bestehend aus schmalen Streifen oder Zellen mit alternierender p- und n-Dotierung, ausgefüllt. Die Dotierung der p- und n-Gebiete ist so gewählt, dass die Raumladungszonen, die sich im Sperrbetrieb an den pn-Übergängen zwischen den Gebieten ausbreiten, die p- und n-Gebiete sehr schnell ausräumen. Bei der in der WO 2005/076366 beschriebenen Struktur bildet sich zwischen zwei p-Ringen ein dreieckförmiger elektrischer Feldverlauf aus. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Struktur ist dieser Verlauf in erster Näherung rechteckförmig, so dass der Raum zwischen zwei p-Ringen hinsichtlich Sperrspannung optimal genutzt wird.According to the invention lateral extent (spacing between the low and high side islands) minimizes the p-ring structure. For this purpose, starting from the p-ring structure from [1], the space between two p-rings with the help of "resurf-structures", consisting of narrow ones Strips or cells with alternating p- and n-doping, filled. The Doping of the p and n regions is chosen so that the space charge zones, in the blocking mode at the pn-junctions between the areas spread out, which clear out p and n regions very quickly. at the structure described in WO 2005/076366 forms between two p-rings a triangular electric field course. In the structure proposed according to the invention this course is in first approximation rectangular, leaving the space between two p-rings in terms of reverse voltage is used optimally.
Hochvolt-Bauelemente sind weitaus empfindlicher gegenüber parasitären Grenzflächenladungen, da das Dotierstoffniveau zum Erreichen der Sperrspannung in einem sehr niedrigen Bereich (nur ~1e14cm-3) liegt, so dass bereits kleine Ladungsmengen zur Ausbildung von Inversions- oder Akkumulationsschichten führen, die dann die Balance der optimierten elektrischen Feldverteilung stören, wodurch es zu Frühdurchbrüchen kommen kann. Durch das Einfügen der alternierenden p- und n-Gebiete kann das Dotierstoffniveau zwischen den p-Ringen weiter angehoben werden, da die zusätzliche Ladung der n-Gebiete durch die entsprechen de p-Gebiete kompensiert wird (zusätzlich Feldkomponente 90° zu der Feldkomponente, die sich – wie in der WO 2005/076366 beschrieben – zwischen den p-Ringen im Sperrfall ausbildet). Durch das höhere Dotierstoffniveau wird erreicht, dass die erfindungsgemäße Struktur weniger empfindlich gegenüber Grenzflächenladungen ist.High-voltage devices are much more sensitive to parasitic interface charges, since the dopant level to reach the reverse voltage in a very low range (only ~ 1e14cm -3 ), so that even small amounts of charge lead to the formation of inversion or accumulation layers, which then the balance of optimized electric field distribution disturb, which can lead to early breakthroughs. By introducing the alternating p- and n-regions, the dopant level between the p-rings can be further increased since the additional charge of the n-regions is compensated by the corresponding de p-regions (in addition field component 90 ° to the field component, the - as described in WO 2005/076366 - forms between the p-rings in the blocking case). The higher dopant level ensures that the structure according to the invention is less sensitive to interfacial charges.
Ein wichtiger Ziel der Erfindung ist demnach, die laterale Ausdehnung der p-Ringrandstruktur zwischen der Low- und High-side zu minimieren und die Empfindlichkeit der Randstruktur gegenüber Grenzflächenladungen zu reduzieren.One important objective of the invention is accordingly, the lateral extent to minimize the p-ring edge structure between the low and high side and to reduce the sensitivity of the edge structure to interfacial charges.
- 11
- SOI-TransistorSOI transistor
- 22
- Substratsubstratum
- 33
- Isolationsschichtinsulation layer
- 44
- HalbleiterschichtSemiconductor layer
- 55
- MOS-SchaltelementMOS switching element
- 66
- Sourcezonesource zone
- 77
- BodyzoneBody zone
- 88th
- Driftzonedrift region
- 99
- Drainzonedrain region
- 1010
- Gategate
- 1111
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1212
- Feldelektrodefield electrode
- 1313
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1414
- Sourcekontaktsource contact
- 1515
- Drainkontaktdrain contact
- 1616
- erster Substratbereichfirst substrate region
- 1717
- KontaktContact
- 1818
- zweiter Substratbereichsecond substrate region
- 1919
- ringförmiges Halbleitergebietring-shaped semiconductor region
- 2020
- HalbleitergebietSemiconductor region
- 2121
- HalbleitergebietSemiconductor region
- 2222
- HalbleitergebietSemiconductor region
- 2323
- HalbleitergebietSemiconductor region
- 2424
- HalbleitergebietSemiconductor region
Claims (4)
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