DE19933985A1

DE19933985A1 - Randabschluß für Leistungshalbleiterbauelement

Info

Publication number: DE19933985A1
Application number: DE19933985A
Authority: DE
Inventors: Hans Weber; Heimo Graf
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: DE19933985C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Randabschluß für ein Leistungshalbleiterbauelement, bei dem im Halbleiterkörper (1) innere Feldplatten (7, 8; 11) zur Führung des elektrischen Feldes vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Randabschluß für ein Leistungs halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper des einen Leitungstyps und einer auf diesem vorgesehenen Isolator schicht.

Bei Leistungshalbleiterbauelementen, wie beispielsweise Lei stungstransistoren, wird die Spannung zwischen Source und Drain im Volumen des Halbleiterkörpers kontinuierlich abge baut. Dieser Abbau der Spannung, auch Feldabbau genannt, muß dabei gegen den Rand des Halbleiterkörpers bzw. Chiprand hin definiert verlaufen, da sonst ein elektrischer Durchbruch am Ohiprand schon bei relativ kleinen Spannungen eintreten könn te. Zweckmäßigerweise wird der Feldabbau an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bzw. Chipoberfläche durchgeführt, was mit zwei wesentlichen Vorteilen verbunden ist:

1. Das Leistungshalbleiterbauelement verhält sich elektrisch auch auf Scheibenebene, also vor seiner Vereinzelung in Chips, so, wie wenn es bereits vereinzelt wäre. Mit ande ren Worten, die Chips können bereits in einem Prüffeld auf Scheibenebene geprüft und vermessen werden, was eine erhebliche Einsparung bei der Fertigung bedeutet. Würde der Feldabbau vertikal zur Chip- bzw. Scheibenoberfläche beispielsweise in der Ritzrahmenebene in welcher die Ver einzelung der Chips vorgenommen wird, erfolgen, so könnte eine solche Chipmessung auf Scheibenebene nicht vorgenom men werden, da benachbarte Chips miteinander verkoppelt wären.
2. Die wesentlichen Fertigungsschritte für die einzelnen Chips sind bereits vor dem Vereinzeln abgeschlossen. Wür de der definierte Feldabbau am Rand eines Chips an einer nicht von der Oberfläche her zugänglichen Stelle erfol gen, also beispielsweise in der Ritzrahmenebene, so müßte jeder einzelne Chip nach dem Sägen nochmals nachbearbei tet werden, um ihm die gewünschten elektrischen Eigen schaften aufzuprägen.

Um den oben beschriebenen Feldabbau herzustellen, wird die Oberfläche des äußersten Chiprandes mit dem Substrat des Chips durch einen sogenannten Kanal- bzw. Channelstopper kurzgeschlossen und damit bei einem Leistungstransistor auf Drainpotential gelegt. Hierzu wird dieser Teil der Chipober fläche am äußersten Chiprand gewöhnlich als Feldplatte bei spielsweise in Form von hochdotiertem polykristallinem Sili zium ausgeführt. Bei einer derartigen Gestaltung liegt zwi schen dem Channelstopper und der eigentlichen Transistorzel le, die mit dem Sourcepotential beaufschlagt ist, die gesamte Spannung an. Ziel jeder stabilen Randgestaltung ist es, die Äquipotentiallinien vom Halbleiterkörper aus so durch die Chipoberfläche und dort zwischen Channelstopper und Source zu führen, daß unterhalb der Nennspannung des fertiggestellten Halbleiterleistungsbauelementes an keinem Ort ein kritischer Wert des elektrischen Feldes, der zu einem Durchbruch führen würde, überschritten wird.

Bisher wird der Feldabbau neben dem Channelstopper mit Hilfe von Feldplatten vorgenommen, die außerhalb des Halbleiterkör pers auf dessen Oberfläche angebracht sind und zusammen mit der ein Dielektrikum bildenden Isolierschicht und einer im Halbleiterkörper aus Silizium vorhandenen Raumladungszone elektrisch als Kondensator zu betrachten sind. Eine derartige Anordnung wird auch als "Hochvoltpolsterrand" bezeichnet, dessen wichtigsten Eigenschaften im folgenden kurz erläutert werden sollen.

Mit Hilfe der Feldplatten wird der Hauptteil der Spannung zwischen Source und Drain im wesentlichen in dem an der Chip oberfläche gebildeten Kondensator aus Channelstopper und ei ner auf Sourcepotential liegenden Platte, der sogenannten Sourceplatte, abgebaut, wobei das Dielektrikum dieses Konden sators wieder durch die Isolierschicht, also insbesondere Si liziumdioxid, gebildet wird. Die beiden Platten sind auf der Chipoberfläche nebeneinander unter einem lateralen Abstand voneinander angeordnet und verlaufen auf einem unterschiedli chen Topologieniveau: um nämlich die Äquipotentiallinien zur Chipoberfläche hin zu führen, muß der vertikale Abstand zwi schen Drainanschluß und Sourceplatte gegen den Channelstopper hin kontinuierlich vergrößert werden. Das heißt, es muß eine hochgezogene Feldplatte eingesetzt werden, wobei das oberste Topologieniveau durch die Oberfläche einer dicken Isolier schicht gebildet wird, bis zu der die Feldplatte hochgezogen ist.

Die Herstellung eines derartigen Randaufbaues ist infolge der unterschiedlich dicken Isolierschichten aufwendig und teuer. Sie bestimmt auch zu einem großen Teil die Chipkosten bei Leistungshalbleiterbauelementen.

Bei einem sogenannten Mehrplattenrand mit mehreren Feldplat ten wird der Feldabbau nicht nur auf Channelstopper und Sour ceplatte begrenzt sondern auf mehrere hintereinander liegende Platten verteilt, die insgesamt wie eine einzige Sourceplatte wirken. Ein Vorteil einer derartigen Gestaltung mit einem Mehrplattenrand ist darin zu sehen, daß die benötigten Dicken für die Isolierschicht, also die Oxiddicken, geringer sein können als bei Verwendung von nur einer Sourceplatte. Nach teilhaft ist aber, daß mit jeder Feldplatte ein Teil der Äquipotentiallinien an die Chipoberfläche und in die die To pologie formende Isolierschicht geführt werden muß. Zu diesem Zweck haben die einzelnen Feldplatten in der Praxis einen stufenförmigen Verlauf, bei welchem aber jede einzelne Stufe bezüglich eines möglichen elektrischen Durchbruches eine ge wisse Instabilität hervorruft.

Für den Randabschluß eines Chips können unter Umständen auch sehr dünne hochohmige Schichten aus beispielsweise amorphem Silizium oder leitfähigem Siliziumnitrid eingesetzt werden. Durch eine solche Schicht werden dann der Bereich oberhalb von Source als äußerste Zelle und der auf Drainpotential lie gende Channelstopper leitend verbunden. Dadurch ergibt sich zwischen diesen beiden Orten ein homogenes Spannungsgefälle.

Die Herstellung eines derartigen Randabschlusses ist wenig aufwendig. Der Verlauf des elektrischen Feldes im Halbleiter körper ist aber weitgehend undefiniert, so daß der Feldabbau auch Instabilitäten zeigen kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen und stabilen Randabschluß anzugeben, der einen zuverlässigen Feldabbau zum Chiprand hin zu gewährleisten vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem Randabschluß der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß durch wenigstens eine innere floatende Feldplatte im Innern des Halbleiterkörpers gelöst.

Die vorliegende Erfindung beschreitet damit einen vom bishe rigen Stand der Technik vollkommen abweichenden Weg: anstelle der üblichen äußeren Feldplatten wird nämlich eine innere Feldplatte verwendet, welche im Innern des Halbleiterkörpers ausgeführt ist. Damit kann auf die sonst notwendige weit hochgezogene Feldplatte verzichtet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß meh rere, voneinander getrennte und floatende Feldplatten für den Feldabbau eingesetzt werden. In diesem Fall baut jede Feld platte einen Teil der gesamten Spannung, die beispielsweise zwischen Drain und Source eines Leistungstransistors liegt, ab, wobei die Platten hier als Spannungsteiler wirken. Die einzelnen Feldplatten sind dabei kürzer als äußere Feldplat ten und benötigen wegen einer geringeren Teilspannung eine wesentlich dünnere Isolierschicht als äußere Feldplatten.

Der Verlauf des elektrischen Feldes im Halbleiterkörper und der definierte Feldabbau kann durch die inneren, gegeneinan der floatenden Feldplatten optimiert werden. Diese inneren Feldplatten können durch einen Bereich, der sich in seiner Dotierung von der Untergrunddotierung des Halbleiterkörpers unterscheidet, gebildet werden. Dies kann beispielsweise durch eine p-Dotierung in einer n-leitenden epitaktischen Schicht oder auch durch eine n-Dotierung, die sich von der Dotierung der epitaktischen Schicht in ihrer Konzentration unterscheidet, geschehen. In beiden Fällen verlaufen die Äquipotentiallinien vorzugsweise senkrecht zu dem Dotierungs gradienten bzw. parallel zu einem pn-Übergang zwischen der p- Dotierung und der n-leitenden epitaktischen Schicht.

Die Herstellung der inneren floatenden Feldplatten aus einem Gebiet des gleichen oder entgegengesetzten Leitungstyps wie der Halbleiterkörper kann beispielsweise durch Ionenimplanta tion von der Oberfläche des Halbleiterkörpers aus folgen. Ei ne Formgebung für innere Feldplatten wird dabei durch latera le Einstellung der Ionenimplantationsdosis und der Eindring tiefe mittels entsprechender Maskierung ermöglicht.

Es kann auch vorteilhaft sein, bei dem erfindungsgemäßen Randabschluß innere floatende Feldplatten mit üblichen äuße ren Feldplatten zu kombinieren, so daß diese Feldplatten ein System von Kondensatoren miteinander bilden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Halbleiterkörper mit zwei inneren und zwei äußeren Feldplatten bei ei nem Randabschluß für ein Leitungshalbleiterbau element und

Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses mit mehreren inneren Feldplatten und einem Channel stopper.

Fig. 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1 aus Silizium, auf dem eine Isolierschicht 2 aus Siliziumdioxid aufgebracht ist. In Fenstern dieser Isolierschicht 2 sind äußere floatende Feld platten 3, 4 aus polykristallinem Silizium vorgesehen. Außer dem sind später noch abzutragende Lackschichten 5, 6 gezeigt, die bei einem Ionenimplantationsschritt als Maskierung wir ken.

Durch eine solche Ionenimplantation mit möglichst hohen Ener gien im Bereich bis zum MeV sind nämlich innere Feldplatten 7, 8 in den Halbleiterkörper 1 eingebracht.

Diese Feldplatten 7, 8 können den gleichen Leitungstyp wie der Halbleiterkörper 1 haben, jedoch höher als dieser dotiert sein. Ebenso ist es aber auch möglich, für die Feldplatten 7, 8 den zum Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyp vor zusehen. Wenn also beispielsweise der Halbleiterkörper 1, bei dem es sich um eine epitaktische Siliziumschicht auf einem Siliziumsubstrat handeln kann, n-leitend ist, so können die inneren Feldplatten 7, 8 n⁺- bzw. p- oder p⁺-leitende Halb leitergebiete sein.

Die inneren Feldplatten 7, 8 sind vorzugsweise stufenförmig gestaltet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Diese stufenförmi ge Gestaltung wird durch die Ionenimplantation (vgl. die Pfeile 9) erreicht: In Bereichen des Photolacks 5, 6 wird die Ionenimplantation maskiert. Das heißt, unterhalb der Photo lackschichten 5, 6 sind keine Feldplatten vorhanden. Die Feldplatten 7, 8 haben die größte Eindringtiefe in Bereichen, in denen die Ionenimplantation direkt auf den Halbleiterkör per 1 trifft und nicht zuerst die äußeren Feldplatten 3, 4 zu durchsetzen braucht. Entsprechend ist die Eindringtiefe der Feldplatten 7, 8 unterhalb der äußeren Feldplatten 3, 4 und der Isolierschicht 2 am geringsten.

Durch den stufenförmigen Verlauf werden Äquipotentiallinien 10 im Halbleiterkörper 1 bzw. in der Isolierschicht 2 so ge führt, daß unterhalb der Nennspannung des Leistungshalblei terbauelements an keinem Ort der kritische Wert des elektri schen Feldes überschritten wird. Dies wird durch die homogene Verteilung der Äquipotentiallinien infolge der inneren Feld platten 7, 8 erreicht.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vielzahl von inneren Feldplatten 11 und einem auf Potential von Drain D liegenden Channelstopper 12. Auch aus dieser Figur ist zu ersehen, wie die inneren Feldplatten 11 in vorteilhafter Weise die Äquipotentiallinien 10 homogeni sieren, so daß Spitzen des elektrischen Feldes vermieden wer den.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterkörper

2

Isolierschicht

3

äußere Feldplatte

4

äußere Feldplatte

5

Lackschicht

6

Lackschicht

7

innere Feldplatte

8

innere Feldplatte

9

Pfeile für Ionenimplantation

10

Äquipotentiallinien

11

innere Feldplatten

12

Channelstopper

Claims

1. Randabschluß für Leistungshalbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1) des einen Leitungstyps und einer auf diesem vorgesehenen Isolierschicht (2), gekennzeichnet durch wenigstens eine innere floatende Feldplatte (7, 8; 11) im Innern des Halbleiterkörpers (1).

2. Randabschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Feldplatten (7, 8) durch Halbleitergebiete gebildet sind.

3. Randabschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergebiete den anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp haben.

4. Randabschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergebiete den gleichen Leitungstyp wie der Halbleiterkörper haben und eine andere Dotierungskonzen tration als der Halbleiterkörper (1) aufweisen.

5. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren inneren Feldplatten (7, 8; 11) diese vonein ander getrennt sind.

6. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatte (7, 8; 11) Bereiche mit unterschiedlicher Entfernung zur Oberfläche des Halbleiterkörpers aufweist.

7. Randabschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatte (7, 8; 11) stufenförmig gestaltet ist.

8. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatte (7, 8; 11) zur Führung des elektrischen Feldes im Halbleiterkörper (1) dient.

9. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatte (7, 8; 11) durch Ionenimplantation herge stellt ist.

10. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der wenigstens einen inneren Feldplatte (7, 8; 11) noch mindestens eine äußere Feldplatte (3, 4) vorge sehen ist.

11. Randabschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der äußersten inneren Feldplatte (11) noch ein Channelstopper (12) vorgesehen ist.