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DE102005023026B4 - Leistungshalbleiterbauelement mit Plattenkondensator-Struktur - Google Patents

Leistungshalbleiterbauelement mit Plattenkondensator-Struktur Download PDF

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Abstract

Laterales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Vorderseite (2), einer Rückseite (3) und einem seitlichen Rand (8), wobei eine zwischen zwei Außenbereichen (5) angeordnete MOS-Struktur vorgesehen ist, und wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) auf seiner Vorderseite (2) folgende Merkmale enthält: – mindestens eine schwach dotierte Driftzone (9) des ersten Leitfähigkeitstyps, mindestens eine Sourcezone (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, mindestens eine Bodyzone (13) des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Drainzone (10) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Driftzone (9) sich von der Vorderseite (2) bis zu dem rückseitigen Source-Gebiet (38) erstreckt, – zumindest ein Gate (15), das mit einer Driftzone (9) mit einer Sourcezone (14) und mit einer Bodyzone (13) eine MOS-Struktur (12) bildet, wobei die Drainzone (10) über einen Drainkontakt (33) und Drainelektronde (11) angeschlossen ist, und die Source-Zone (14) über einen Sourcekontakt (34) und Sourceelektrode (16) angeschlossen ist, und wobei in den Außenbereichen (5) sich Plattenkondensatorstrukturen mit jeweils einer Feldplatte (7), einer Isolationsschicht (24) und einer Randplatte (6) befindet, wobei die Randplatte (6) aus einem hochdotierten Halbleitermaterial besteht und mit der Drainzone (10) direkt verbunden ist, wobei die Feldplatte (7) aus dotierten Polysilizium besteht und oberhalb der Randplatte (6) horizontal verläuft und von der Randplatte (6) mittels des Isolationsgebiets (24) isoliert ist, wobei die Feldplatte (7) mit dem mittleren der drei Feldringe (28) verbunden ist, und wobei oberhalb der Feldplatte (7) eine Isolationsschicht (26) sowie eine leitende Schicht (21) angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) einen Außenbereich (5) mit Feldringen (28) aufweist, und wobei im Außenbereich an der Vorderseite (2) zwischen dem Rand (8) und dem Randabschluss über Halbleitergebieten des Leistungshalbleiterbauelements (1) eine horizontal verlaufende Feldplatte (7) angebracht ist, die mit einer unter ihr liegenden Randplatte (6) eine Plattenkondensator-Struktur bildet, wobei die Randplatte (6) aus einem hochdotierten Halbleitermaterial besteht und an eines der beiden Potentiale Sourcepotential und Drainpotential angeschlossen ist, und wobei am Rand (8) sich zu dem eine senkrecht verlaufende Randsäule (35) vom zwieten Leitfähigkeitstyp, die sich im elektrischen Kontakt mit der rückseitigen Sourcezone (38) steht, befindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft Leistungshalbleiterbauelemente mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einem seitlichen Rand.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement ist beispielsweise als ein vertikaler Leistungstransistor mit Kompensationssäulen ausgebildet. Ein solches Leistungshalbleiterbauelement enthält einen Halbleiterkörper, der mindestens eine Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, eine Vielzahl von Sourcezonen des ersten Leitfähigkeitstyps, eine Drainzone des ersten Leitfähigkeitstyps und einer Vielzahl von Bodyzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
  • Ein solcher vertikaler Leistungstransistor enthält weiterhin zumindest ein Gate, das mit einer Driftzone, einer Sourcezone und mit einer Bodyzone eine MOS-Struktur bildet. Er enthält Kompensationssäulen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich in elektrischem Kontakt mit den Sourcezonen befinden und die von oben in die Driftzone hinein ragen. Zwischen dem Rand und der MOS-Struktur befindet sich ein Randabschluss. Der Rand liegt auf dem gleichen Potential wie die Driftzone, so dass der Randabschluss Spannung zwischen dem Rand und den Sourcezonen abbaut. Ein solcher vertikaler Leistungstransistor ist beispielsweise aus der US 6 630 698 B1 bekannt.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement kann auch als vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit Feldringen ausgeprägt sein. Ein solches enthält einen Halbleiterkörper mit zumindest einer Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von Sourcezonen des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von Bodyzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Drainzone des ersten Leitfähigkeitstyps. Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement enthält weiterhin mindestens ein Gate, das mit einer Driftzone, einer Sourcezone und mit einer Bodyzone eine MOS-Struktur bildet. Ein Randabschluss mit einer Vielzahl von Feldringen des zweiten Leitfähigkeitstyps befindet sich zwischen dem Rand und der MOS-Struktur. Die Feldringe umschließen MOS-Strukturen. Der Rand liegt auf dem gleichen Potential wie die Driftzone, sodass der Randabschluss Spannung zwischen dem Rand und der Sourcezone abbaut. Feldringe sind zum Beispiel aus der US 4 750 028 A bekannt.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement kann auch als laterales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einem seitlichen Rand ausgebildet sein. Es enthält auf seiner Vorderseite mindestens eine Driftzone, eine Sourcezone und eine Drainzone, die vom ersten Leitfähigkeitstyp sind, und mindestens eine Bodyzone des zweiten Leitfähigkeitstyps. An der Vorderseite ist ein Gate angebracht, das mit einer Driftzone, einer Sourcezone und einer Bodyzone eine MOS-Struktur bildet. Ein solches laterales Leistungshalbleiterbauelement wird in der US 4 750 028 A gezeigt.
  • Aus der DE 198 39 971 A1 ist eine Randstruktur für Halbleiterbauelemente bekannt, die floatende oder über p-leitende Gebiete an den Halbleiterkörper angeschlossene Feldplatten aufweist. Dabei bilden eine horizontale Randplatte und die Feldplatten eine Kondensatorstruktur. Eine ähnliche Randstruktur ist auch aus der US 6 274 904 B1 bekannt.
  • Aus der US 6 630 698 B1 ist ein Kompensationsbauteil mit nebeneinander angeordneten, eingebetteten Säulen verschiedener Leitungstypen bekannt.
  • Die EP 1 111 683 A2 offenbart ein laterales Leistungshalbleiterbauteil mit einer MOS-Struktur, und Elektroden, die mit der Drainzone verbunden sind und mit floatenden Elektroden eine Plattenkondensatorstruktur bilden.
  • Aus der JP 09097832 A ist ein laterales Leistungshalbleiterbauteil mit einer Randplatte bekannt, wobei die Randplatte auf geerdet ist und unterhalb einer horizontal verlaufenden Feldplatte liegt.
  • Aus der DE 199 48 901 A1 ist ein Halbleiterbauteil bekannt, dessen Rand mit einer Kapazität verbunden ist.
  • Aus der US 6 100 572 A ist eine Abschlussstruktur eines Halbleiterbauteils mit amorphem Silizium beschrieben, die mit einer Schicht von Siliziumnitrid versehen ist.
  • Leistungshalbleiterbauelemente werden unter anderem für getaktete Schaltnetzteile verwendet. Moderne Leistungshalbleiterbauelemente ermöglichen Schaltfrequenzen im hohen kHz-Bereich (60 kHz und mehr).
  • Dies führt zum einen zu einer deutlichen Verkleinerung des Bauvolumens des Schaltnetzteils, aber andererseits auch zu erhöhten Hochfrequenzstörungen. Damit solche Hochfrequenzstörungen nicht in das Versorgungsspannungsnetz gekoppelt werden, werden Mindestanforderungen an die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Stromversorgungen gestellt. Die auftretenden Hochfrequenzstörungen müssen deshalb unter großem Aufwand gefiltert werden.
  • Zum Einsatz kommen dabei sogenannte Leistungsfaktorkorrektoren, die auch als Power Factor Controlling (PFC) bekannt sind. Sie sind entweder als Aktive PFC-Schaltungen oder als Passive PFC-Schaltungen ausgebildet, je nachdem, ob dabei aktive oder passive Bauelemente verwendet werden.
  • Bei Passiven PFC-Schaltungen werden in der Regel teure Filterbauelemente wie Kondensatoren und Drosseln eingesetzt, um die entsprechenden Normen für die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu erfüllen.
  • Aktive PFC-Schaltungen sind in der Regel integrierte Schaltkreise (ICs), die aktive Bauelemente wie Transistoren und Dioden enthalten. Es gibt Aktive PFC-Schaltungen, die zusammen mit einem Leistungshalbleiterbauelement auf einem einzigen IC integriert werden. Die Aktiven PFC-Schaltungen sind demnach aufwendig herzustellen und benötigen innerhalb des Schaltnetzteils Platz, was die Gesamtkosten für die Stromversorgung erhöht.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eingangs erwähnte Leistungshalbleiterbauelemente dahingehend zu verbessern, dass sie weniger hochfrequente Störungen verursachen und dass somit der erforderliche Aufwand für das Filtern der hochfrequenten Störungen verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Es wird ein vertikales Leistungshalbleierbauelement mit Feldringen angegeben. Ein solches hat eine Vorderseite, eine Rückseite und einen seitlichen Rand. Es enthält einen Halbleiterkörper mit einer Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von Sourcezonen des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von Bodyzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Drainzone.
  • Es enthält zudem zumindest ein Gate, das mit einer Driftzone, mindestens einer Sourcezone und mindestens einer Bodyzone eine MOS-Struktur bildet. Das vertikale Halbleiterbauelement ist als Leistungs-MOSFET ausgebildet, falls die Drainzone vom ersten Leitfähigkeitstyp ist. Falls dagegen die Drainzone vom zweiten Leitfähigkeittyp ist, handelt es sich um einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • Die Sourcezone, die Bodyzone und die Gates befinden sich an der Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelements, während die Drainzone an der Rückseite angebracht ist. Die Driftzone erstreckt sich senkrecht von der Vorderseite zu der Rückseite des Leistungshalbleiterbauelements.
  • Zwischen dem Rand und der MOS-Struktur befindet sich ein Randabschluss, der eine Vielzahl von Feldringen des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist. Die Feldringe umschließen die MOS-Strukturen, indem sie auf der Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelements Ringe um die MOS-Strukturen bilden. Die Halbleitergebiete des Rands liegen auf dem gleichen Potential wie die Driftzone. Der Randabschluss dient dazu, die Spannung zwischen den Halbleitergebieten des Randes und denen der Sourcezone abzubauen. Auf der Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelements befindet sich eine horizontal verlaufende Randplatte zwischen dem Rand und dem Randabschluss. Diese Randplatte liegt auf dem gleichen Potential wie die Driftzone.
  • Über der Randplatte liegt eine Feldplatte, wobei die Randplatte und die Feldplatte eine Plattenkondensator-Struktur bilden. Die Plattenkondensator-Struktur erhöht die Ausgangskapazität vorteilhaft. Dadurch wird der Anstieg der Drain-Source-Spannung verlangsamt und die durch das Schalten des Leistungshalbleiterbauelements hervorgerufenen Störungen werden verringert. Für die geschalteten Netzteile können weniger aufwendige PFC-Schaltungen eingesetzt werden. Dadurch verringert sich die Schaltungskomplexität für die PFC-Schaltung und die getakteten Schaltnetzteile. Bisher nicht genutzte Gebiete des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements werden vorteilhaft für die Plattenkondensator-Struktur verwendet.
  • Falls die Feldplatte an ein Potential angeschlossen ist, das zwischen dem Wert des Sourcepotentials und dem Wert des Drainpotentials liegt und das im Randabschluss abgegriffen wird, wirkt sich die Kapazität der Kondensatorstruktur erst beim Ausschalten des Leistungshalbleiterbauelements aus. Der Anstieg der Drain-Source-Spannung erfolgt zunächst schnell und verlangsamt sich zum Ende des Ausschaltvorgangs. Die Zeit für das Abschalten des Leistungshalbleiterbauelements bleibt so insgesamt kurz und dennoch werden die hochfrequenten Störungen, die erst zum Ende des Ausschaltvorgangs auftreten, reduziert. Falls die Feldplatte mit einem Feldring des Randabschlusses verbunden ist, wird die Feldplatte auf ein Potential gelegt, das eine andere Spannung als die Spannung der Randplatte aufweist. Dabei sind vorteilhafterweise keine zusätzlichen Schaltungen notwenig, um die Feldplatte an ein Potential, das sich von dem Potential der Randplatte unterscheidet, anzuschließen.
  • Unter Rand bzw. seitlichem Rand wird in diesem Zusammenhang auch ein Gebiet verstanden, das nicht an der Außenseite eines Leistungshalbleiterbauelements liegt, das aber von allen MOS-Strukturen durch Randabschlüsse getrennt ist. Auch in solchen Gebieten, die auch in der Mitte des Chips liegen können, ist es möglich, Plattenkondensator-Strukturen mittels Feldplatten und Randplatten anzubringen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist oberhalb der Feldplatte eine obere leitende Schicht angebracht. Diese Schicht ist von der Feldplatte mittels einer Isolationsschicht isoliert und mit der Drainelektrode elektrisch verbunden. Durch diese zusätzliche Schicht vergrößert sich die Kapazität der Plattenkondensator-Struktur. Bei gleicher Dicke und gleichem Material der Isolationsschichten verdoppelt sich die Kapazität im Vergleich zu einer Plattenkondensator-Struktur ohne obere leitende Schicht.
  • Falls die obere leitende Schicht aus Metall oder Metalllegierungen besteht, ist der Widerstand der oberen leitenden Schicht gering. Dies verringert die Zeitkonstante der Plattenkondensator-Struktur, wodurch die Plattenkondensator-Struktur besonders schnell eingeschaltet wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Feldplatte mit einem Feldring in der Mitte des Randabschlusses verbunden. Im Sperrfall liegt die Feldplatte somit auf einem Potential zwischen dem Sourcepotential und dem Drainpotential. In der Mitte des Randabschlusses liegt ein Feldring, falls zwischen ihm und dem Rand und auch zwischen ihm und den MOS-Strukturen jeweils etwa die gleiche Anzahl von Feldringen angebracht ist.
  • Auch ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit Kompensationssäulen wird erläutert. Es hat eine Vorderseite, eine Rückseite und einen seitlichen Rand. Hier und im folgenden wird die Vorderseite des Bauelements als oben liegend und seine Rückseite als unten liegend angenommen.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement enthält einen Halbleiterkörper, der eine Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps, eine Vielzahl von Sourcezonen des ersten Leitfähigkeitstyps, eine Vielzahl von Bodyzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Drainzone enthält.
  • Die Sourcezone, die Bodyzone und die Gates befinden sich an der Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelements, während die Drainzone an der Rückseite angebracht ist. Die Driftzone erstreckt sich senkrecht von der Vorderseite zu der Rückseite des Leistungshalbleiterbauelements.
  • Der Leitfähigkeitstyp ist entweder n, falls die freien Ladungsträger Elektronen in einem n-dotierten Gebiet sind, oder p, falls die Löcher in p-dotierten Gebieten die freien Ladungsträger darstellen.
  • Auf der Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelements befindet sich zumindest ein Gate, das mit einer Driftzone, mit mindestens einer Sourcezone und mindestens einer Bodyzone eine MOS-Struktur bildet. Das Gate sorgt bei entsprechender Ansteuerung, d. h. bei Anlegen einer bestimmten Spannung, für einen leitenden Kanal innerhalb der Bodyzone zwischen einer Sourcezone und einer Driftzone. Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement enthält Kompensationssäulen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich in elektrischem Kontakt mit den Sourcezonen befinden. Diese Kompensationssäulen ragen von oben in die Driftzone hinein. Sobald die Spannung an dem Gate eine bestimmte Schwelle unterschreitet, sperrt der MOS-Transistor. Zwischen der Driftzone und den anderen Halbleitergebieten liegt eine hohe Spannung an. Dabei sorgen die Kompensationssäulen dafür, dass den Ladungsträgern in der Driftzone kompensierende Gegenladungen in den Kompensationssäulen zur Verfügung gestellt werden. Das beschriebene vertikale Leistungshalbleiterbauelement bildet einen Superjunction-MOS-Transistor.
  • Zwischen der MOS-Struktur und dem Rand befindet sich ein Randabschluss. Der Randabschluss enthält beispielsweise Randabschlusssäulen des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder Feldringe des zweiten Leitfähigkeitstyps. Randabschlusssäulen sind Strukturen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die von oben senkrecht in die Driftzone hineinragen.
  • Der Rand des Leistungshalbleiterbauelements liegt auf dem gleichen Potential wie die Driftzone. Der Randabschluss baut somit Spannung zwischen dem Rand und den Sourcezonen ab. Falls der Randschluss Randabschlusssäulen enthält, verringert sich die Spannung von dem Rand nach innen von Randabschlusssäule zu Randabschlusssäule, wobei auch innerhalb der Säulen Potentialunterschiede auftreten können.
  • An der Vorderseite des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements befindet sich eine horizontal ausgerichtete Randplatte, die auf dem gleichen Potential wie die Driftzone liegt. Die Randplatte besteht typischerweise aus einem metallischen Material oder aus einem dotierten Halbleitermaterial. Die Randplatte bildet mit einer über ihr liegenden Feldplatte, die ebenfalls horizontal ausgerichtet ist, eine Plattenkondensator-Struktur. Die Isolationsschicht zwischen der Feldplatte und der Randplatte ist beispielsweise aus Siliziumdioxid. Die Kapazität dieser Plattenkondensator-Struktur ist abhängig von der Fläche der Überdeckung von Feldplatte und Randplatte, von der Dicke der Isolationsschicht zwischen Feldplatte und Randplatte und von der relativen Dielektrizitätszahl der Isolationsschicht zwischen der Feldplatte und der Randplatte.
  • Durch das Vorsehen der Plattenkondensator-Struktur wird die Drain-Source-Kapazität vorteilhaft erhöht. Der Anstieg der Drain-Source-Spannung wird verlangsamt und die Hochfrequenzstörung, die durch das Schalten des Leistungshalbleiterbauelements hervorgerufen wird, wird drastisch verringert. Dadurch können weniger aufwendige PFC-Schaltungen für die geschalteten Netzteile verwendet werden. Dies führt dazu, dass die Schaltungskomplexität für die PFC-Schaltung und für die getakteten Schaltnetzteile verringert wird. Auch das Bauvolumen der geschalteten Netzteile wird verkleinert.
  • Die Plattenkondensator-Struktur erstreckt sich über Gebiete, die für MOS-Strukturen nicht genutzt werden. Diese bisher ungenutzten Gebiete können durch das Vorsehen der Plattenkondensator-Struktur vorteilhaft verwendet werden, um die Hochfrequenzstörung, die durch das Leistungshalbleiterbauelement verursacht wird, zu vermindern.
  • Bei Kompensationsbauelementen sind die Anstiegsflanken der Drainspannung besonders steil. Durch die steilen Anstiegsflanken kommt es vermehrt zu hochfrequenten Störungen. Bei Kompensationsbauelementen ist deshalb die Verwendung der erfindungsgemäßen zusätzlichen Plattenkondensator-Struktur besonders vorteilhaft, damit das Auftreten von hochfrequenten Störungen verhindert wird.
  • Die Drain-Source-Kapazität wird im folgenden als Ausgangskapazität bezeichnet. Der zeitliche Verlauf der Drain-Source-Spannung kann dadurch eingestellt werden, dass die Feldplatte im Sperrfall auf einem Potential liegt, das zwischen dem Potential der Driftzone und dem Potential der Sourcezone liegt. Je nach gewünschtem Verlauf der Drain-Source-Spannung kann die Feldplatte an ein Potential angeschlossen werden, das sich entweder näher an dem Potential der Driftzone oder näher an dem Potential der Sourcezone befindet.
  • Durch die Verbindung der Feldplatte mit einer der Randabschlusssäulen des Randabschlusses wird die Feldplatte direkt mit einem Potential verbunden, das eine andere Spannung als die Spannung der Randplatte aufweist. Es wird dabei vorteilhafterweise kein Schaltungsaufwand außerhalb des Leistungshalbleiterbauelements benötigt, um die Feldplatte anzuschließen. Zudem ist die Feldplatte im Vergleich zu einem externen Anschluss niederohmig angeschlossen. Dadurch verringert sich die Zeitkonstante der Plattenkondensator-Struktur, so dass die Plattenkondensator-Struktur schneller eingeschaltet wird.
  • Falls die Randabschlusssäule, die mit der Feldplatte verbunden ist, in der Mitte des Randabschlusses liegt, so befindet sich die Feldplatte im Sperrfall auf dem Potential, dessen Wert zwischen dem Wert des Source-Potentials und dem Wert des Drainpotentials liegt.
  • Ist die Feldplatte an ein Potential angeschlossen, dessen Wert zwischen dem Wert des Sourcepotentials und dem Wert des Drainpotentials liegt, wirkt sich die Kapazität der Kondensatorstruktur erst beim Ausschalten des Leistungshalbleiterbauelements aus. Der Anstieg der Drain-Source-Spannung erfolgt zunächst schnell und verlangsamt sich zum Ende des Ausschaltvorgangs.
  • Ein solcher Verlauf der Drain-Source-Spannung ist gewünscht, zumal die hochfrequenten Störungen hauptsächlich am Ende des Ausschaltvorgangs auftreten und erst am Ende des Ausschaltvorgangs ein Verlangsamen des Anstiegs erforderlich ist. Die Zeit, die für das Abschalten des Leistungshalbleiterbauelements insgesamt benötigt wird, bleibt bei dem angegebenen Spannungsverlauf weiterhin kurz und dennoch werden die hochfrequenten Störungen reduziert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist oberhalb der Feldplatte eine obere leitende Schicht angebracht. Diese Schicht ist von der Feldplatte mittels einer Isolationsschicht isoliert und mit der Drainelektrode elektrisch verbunden. Durch diese zusätzliche Schicht vergrößert sich die Kapazität der Plattenkondensator-Struktur. Bei gleicher Dicke und gleichem Material der Isolationsschichten verdoppelt sich die Kapazität im Vergleich zu einer Plattenkondensator-Struktur ohne obere leitende Schicht.
  • Die Kapazität der Feldplatte kann durch Verwenden eines Materials, das eine höhere relative Dielektrizitätszahl als SiO2 hat, erhöht werden. Ein solches Material wird dabei für die Isolationsschicht zwischen der Randplatte und der Feldplatte und/oder für die Isolationsschicht zwischen der Feldplatte und der darüber liegenden oberen Schicht verwendet. Materialen mit einer hohen relativen Dielektrizitätszahl sind beispielsweise Si3N4, TiO2, HfO2, Ta2O5, Al2O3 und AlN.
  • Falls die obere leitende Schicht aus Metall oder Metalllegierungen besteht, ist der Widerstand der oberen leitenden Schicht gering. Dadurch verringert sich die Zeitkonstante der Plattenkondensator-Struktur, die somit schnell aus- und eingeschaltet wird.
  • Die Feldplatte besteht in einer weiteren Ausführungsform aus dotiertem Polysilizium. Dies hat den Vorteil, dass bei der Fertigung des Leistungshalbleiterbauelements die Feldplatte zeitgleich mit den Gates mit denselben Prozessschritten hergestellt werden kann. Dadurch verringert sich die Komplexität der Fertigung.
  • Falls die Randplatte aus Halbleitermaterial besteht und vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das sie umgebende Halbleitermaterial ist und höher dotiert als das sie umgebene Halbleitermaterial ist, wird sie im Sperrfall nicht ausgeräumt. Dadurch stehen noch genügend freie Ladungsträger zur Verfügung, um zusammen mit der Feldplatte einen Kondensator zu bilden. Die Verwendung des Halbleitermaterials für die Randplatte erspart einen zusätzlichen Anschluss für die Randplatte, weil sie auf gleichem Potential wie das sie umgebene Halbleitermaterial liegt und somit bereits angeschlossen ist.
  • Die Randplatte bildet am Rand des Bauelements den Abschluss der Halbleitergebiete nach oben, falls sich zwischen der Randplatte und der über ihr liegenden Isolationsschicht keine niedrig dotierten Halbleitergebiete befinden. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen den Platten der Plattenkondensator-Struktur, wodurch die Kapazität pro Fläche vergrößert wird.
  • Falls die Feldplatte teilweise über einem Gebiet mit Randabschlusssäulen oder Feldringen des Randabschlusses liegt, wird auch dieses Gebiet des Randabschlusses zur Erhöhung der Kapazität der Kondensatorstruktur mitgenutzt. In diesem Gebiet gibt es zwar keinen Beitrag zur Kapazität durch die sich gegenüberliegenden Platten Randplatte und Feldplatte, weil die Randplatte sich nicht in dieses Gebiet erstreckt. Allerdings wird in diesem Gebiet die Kapazität durch die Feldplatte und die über ihr liegenden oberen leitende Schicht erhöht.
  • Die Erfindung betrifft ein laterales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einem seitlichen Rand. Es enthält auf einer Vorderseite mindestens eine Driftzone, eine Sourcezone und eine Drainzone vom ersten Leitfähigkeitstyp sowie eine Bodyzone des zweiten Leitfähigkeitstyps. Zumindest ein Gate bildet mit einer Driftzone, einer Sourcezone und einer Bodyzone eine MOS-Struktur.
  • Oberhalb von Halbleitergebiete des lateralen Leistungshalbleiterbauelements verläuft in einigen Bereichen des Leistungshalbleiterbauelements horizontal eine Feldplatte. Diese bildet mit einer Randplatte, die unter der Feldplatte liegt und aus einem hochdotierten Halbleitermaterial besteht, eine Plattenkondensatorstruktur. Dabei ist die Randplatte entweder an das Source-Potential oder an das Drain-Potential angeschlossen.
  • Die Plattenkondensator-Struktur erhöht die Ausgangskapazität, wodurch die Drain-Source-Spannung langsamer ansteigt, und die hochfrequenten Störungen, die beim Schalten eines lateralen Leistungshalbleiterbauelements erzeugt werden, werden vermindert. In geschalteten Netzteilen können so weniger aufwendige PFC-Schaltungen eingesetzt, was die Schaltungskomplexität für die eingesetzten PFC-Schaltungen und die getakteten Netzteile vermindert. Es verringert sich dadurch auch das Bauvolumen der geschalteten Netzteile. Die Plattenkondensator-Struktur nutzt dabei vorteilhafterweise Gebiete, die für die MOS-Strukturen nicht genutzt werden können.
  • Falls sich die Feldplatte im Sperrfall auf einem Potential befindet, das zwischen dem Potential der Drainzone und dem Potential der Sourcezone liegt, wirkt sich die Kapazität der Plattenkondensator-Struktur erst beim Schalten des Leistungshalbleiterbauelements aus. Der Anstieg der Drain-Source-Spannung erfolgt zunächst schnell und verlangsamt sich zum Ende des Ausschaltvorgangs. Dadurch wird insgesamt für das Abschalten insgesamt wenig Zeit benötigt, dennoch werden die hochfrequenten Störungen am Ende des Ausschaltvorgangs reduziert.
  • Die zweiten Halbleitergebiete weisen in einer Ausführungsform der Erfindung eine Vielzahl von Kompensationssäulen auf, die von oben in die Driftzone hineinragen. Die Feldplatte ist damit mit einer Kompensationssäule verbunden. Dadurch wird die Feldplatte direkt mit einem Gebiet verbunden, das auf dem Potential einer Kompensationssäule und somit auf dem Potential desjenigen Bereichs der Driftzone, der die angeschlossene Kompensationssäule umgibt, liegt. Dazu wird vorteilhafterweise kein zusätzlicher Schaltungsaufwand außerhalb des Leistungshalbleiterbauelements benötigt. Zudem ist die erste Feldplatte im Vergleich zu einem externen Anschluss niederohmig angeschlossen. Dadurch wird die Plattenkondensator-Struktur schnell effektiv, wenn das Leistungshalbleiterbauelement geschaltet wird.
  • Befindet sich die mit der Feldplatte verbundene Kompensationssäule in der Mitte der Kompensationssäulen, so liegt im Sperrfall die Feldplatte auf einem Potential, dessen Wert in der Mitte zwischen dem Sourcepotential und dem Drainpotential liegt. In der Mittel liegt eine Kompensationssäule, wenn sich sowohl zwischen der Kompensationssäule und dem Rand als auch zwischen der Kompensationssäule und den MOS-Strukturen weitere Kompensationssäulen befinden.
  • In einer weiteren Ausführungsform befinden sich am Rand Feldringe. Die Feldplatte wird dabei mit einem der Feldringe am Rand verbunden. Vorzugsweise ist die erste Kondensatorplatte mit einem mittleren der Feldringe verbunden. Dadurch liegt sie im Sperrfall auf einem mittleren Potential zwischen Source- und Drainpotential und wird somit erst effektiv, wenn die Drain-Source-Spannung bereits eine gewisse Schwelle unter- bzw. überschritten hat.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist oberhalb der Feldplatte eine obere leitende Schicht angebracht. Diese Schicht ist von der Feldplatte mittels einer Isolationsschicht isoliert und mit der Randplatte elektrisch verbunden. Durch diese zusätzliche Schicht vergrößert sich die Kapazität der Plattenkondensator-Struktur. Bei gleicher Dicke und gleichem Material der Isolationsschichten ober- und unterhalb der oberen Kondensatorplatte verdoppelt sich die Kapazität im Vergleich zu einer Plattenkondensator-Struktur ohne obere leitende Schicht.
  • Besteht die obere leitende Schicht aus Metall oder Metalllegierungen, ist der Widerstand der oberen leitenden Schicht gering. Dadurch wird vorteilhafterweise die Zeitkonstante der Plattenkondensator-Struktur verringert.
  • Die Feldplatte besteht in einer weiteren Ausführungsform aus dotiertem Polysilizium. Dies hat den Vorteil, dass bei der Fertigung des Leistungshalbleiterbauelements die Feldplatte zeitgleich mit den Gates und mit den selben Prozessschritten hergestellt werden kann. Dies verringert die Komplexität der Fertigung.
  • Vorzugsweise besteht die Randplatte aus Halbleitermaterial vom ersten Leitfähigkeitstyp. Dadurch kann sie direkt mit der Drainzone, die ebenfalls vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, verbunden werden.
  • Falls das Leistungshalbleiterbauelement mehrere nebeneinander liegende Plattenkondensator-Strukturen enthält, kann eine große Kapazität der Kondensatorstruktur erreicht werden, ohne dass der elektrische Widerstand innerhalb der Feldplatten und Randplatten das Schalten der Kondensatorstrukturen verlangsamt.
  • Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht.
  • 1 stellt herkömmliche und gewünschte Verläufe von Ausgangskapazitäten von Leistungshalbleiterbauelementen gegenüber.
  • 2 zeigt das Ausschaltverhalten eines Leistungshalbleiterbauelements mit herkömmlichem Ausgangskapazitätsverlauf.
  • 3 zeigt das Ausschaltverhalten eines Leistungshalbleiterbauelements mit gewünschtem Ausgangskapazitätsverlauf.
  • 4 zeigt im Querschnitt schematisch ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit erhöhter Ausgangskapazität.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements mit erhöhter Ausgangskapazität.
  • 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes laterales Leistungshalbleiterbauelement in der Draufsicht.
  • 7 zeigt die schematische Draufsicht eines lateralen Leistungshalbleiterbauelements in einer weiteren Ausführungsform.
  • 8 zeigt schematisch den Querschnitt eines erfindungsgemäßen lateralen Leistungshalbleiterbauelements.
  • 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lateralen Leistungshalbleiterbauelements im Querschnitt.
  • 10 zeigt den Potentialverlauf eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements.
  • 11 veranschaulicht den Verlauf der Drainspannung beim Ausschalten eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements.
  • Die tatsächlichen und gewünschten Verläufe von Ausgangskapazitäten von Leistungshalbleiterbauelementen werden in der 1 gegenübergestellt. Die Flächenkapazität eines Leistungshalbleiterbauelements ist über der Drain-Source-Spannung aufgetragen. Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf eines herkömmlichen Leistungshalbleiterbauelements. Sie bleibt über den gesamten Bereich der Drain-Source-Spannung konstant auf dem Wert C1.
  • Der gewünschte Verlauf einer Drain-Source-Kapazität ist als durchgezogene Linie gezeichnet, die einen ”Wannenverlauf” hat. Bei niedrigen Spannungen ist sie auf einem Wert C2, sinkt dann auf den niedrigeren Wert C1, bleibt auf diesem Wert C1, bevor sie bei höheren Drain-Source-Spannungen wieder auf den Wert C2 ansteigt.
  • Die 2 zeigt das Ausschaltverhalten eines Leistungshalbleiterbauelements mit herkömmlichem Ausgangskapazitätsverlauf. Es handelt sich hier um einen Transistor. Die Drains-Source-Spannung UDS und der Drain-Source-Strom IDS sind über der Zeit aufgetragen. Beim Ausschalten des Transistors steigt die Drain-Spannung zunächst langsam an, bevor sie innerhalb einer kurzen Zeit von etwa 10 ns steil ansteigt, bis sie den Endwert der Drain-Source-Spannung erreicht hat.
  • Das Ausschaltverhalten eines Leistungshalbleiterbauelements mit gewünschtem Ausgangskapazitätsverlauf ergibt sich aus der 3. Hierfür wurde eine externe Kapazität von 2 nF bei Erreichen einer Drain-Source-Spannung, die etwa zwei Drittel des Ausgangswerts der Drain-Source-Spannung entspricht, angeschlossen. Dadurch wird ein ”Wannenverlauf” der Ausgangskapazität bewirkt. Der Anstieg der Drainspannung erfolgt in ähnlicher Weise wie in 2, allerdings wird ab einer Spannung von zwei Drittel des Endwerts der Drain-Source-Spannung der Anstieg verlangsamt. Daraufhin braucht die Spannung noch etwa 20 ns, bis sie ihren Endwert erreicht hat.
  • Ein Schnitt durch ein Leistungshalbleiterbauelement 1 wird in 4 schematisch gezeigt. Das Halbleiterbauelement ist als vertikaler Superjunction-MOS-Transistor ausgebildet. Das Halbleiterbauelement 1 hat eine Vorderseite 2 und eine Rückseite 3, wobei die Vorderseite 2 oben und die Rückseite 3 unten liegt. Links sind die Halbleiterstrukturen, die den Transistor bilden, gezeigt. Rechts der Halbleiterstrukturen ist ein Randabschluss 4 angebracht, und rechts des Randabschlusses 4 schließen sich ein Außenbereich 5 und ein Rand 8 an.
  • In den Halbleiterstrukturen, die den Transistor bilden, befindet sich eine Driftzone 9 aus schwach n-dotiertem Halbleitermaterial. Unterhalb dieser Driftzone 9 befindet sich ein aus hoch dotiertem n+-Halbleitermaterial bestehende Drainzone 10 mit einer metallischen Drainelektrode 11. Oberhalb der Driftzone 9 sind MOS-Strukturen 12 eingebracht, die aus p-dotierten Bodyzonen 13, aus n+-dotierten Sourcezonen 14 und Gates 15 bestehen. Die Bodyzonen 13 und die Sourcezonen 14 sind mit der Sourceelektrode 16 verbunden.
  • Die Gates 15 bestehen aus dotiertem Polysilizium und sind von der Sourceelektrode 16 und von den Halbleitergebieten der Driftzone 9, der Bodyzone 13 und der Sourcezone 14 mittels der Gateisolierung 17, die aus Siliziumoxid besteht, getrennt. Die Gates 15 sind untereinander über eine gemeinsame Gateelektrode verbunden, die hier nicht gezeigt ist. Unterhalb der Bodyzonen 13 erstrecken sich Kompensationssäulen 19 aus p-dotiertem Material.
  • Falls an die Gateelektrode eine Spannung so angelegt wird, dass die Spannung zwischen Source und Gate 15 einen Schwellwert überschreitet, bewirkt dies, dass sich in den Bodyzonen 13 zwischen den Sourcezonen 14 und der Driftzone 9 leitende Kanäle 18 ausbilden. Es kommt dadurch zu einem Stromfluss von den Sourcegebieten 14 zu dem Draingebiet 10.
  • Die beschriebene Struktur bildet einen Leistungs-MOS-Transistor. Sobald im Sperrfall für die Spannung an den Gates 15 ein Schwellwert unterschritten ist, besteht kein Kanal 18 zwischen der Driftzone 9 und den Sourcezonen 14 mehr. Es liegt zwischen der Driftzone 9 und den anderen Halbleitergebieten aber eine hohe Spannung an. Damit es zu keinem Avalanche-Durchbruch kommt, ist die Driftzone 9 niedrig dotiert. Zusätzlich sorgen die Kompensationssäulen 19 dafür, dass den durch die Höhe der n-Dotierung bestimmten freien Ladungen in der Driftzone 9 kompensierende Gegenladungen zur Verfügung gestellt werden. Die Kompensationssäulen 19 bilden mit den sie umgebenden n-dotierten Gebieten der Driftzone 9 eine sogenannte Superjunction-Struktur.
  • Der Randabschluss 4 besteht aus mehreren p-dotierten Säulen in der Driftzone 9, die elektrisch voneinander isoliert sind und die als Randabschlusssäulen 20 bezeichnet werden. Der obere Abschluss der Randabschlusssäulen 20 liegt auf dem oberen Rand 25 des Halbleiterkörpers 27. Die Randabschlusssäulen 20 ragen in die Driftzone 9 hinein, aber sie reichen nicht bis zum unteren Rand 23 der Driftzone 9. Sie können aber auch so weit in die Driftzone 9 hineinragen, dass ihr unteres Ende auf dem unteren Rand 23 der Driftzone 9 liegt. Die Randabschlusssäulen 20 sorgen für einen Abbau der Spannung von der Driftzone 9, das auf Drainpotential liegt, zu den Gebieten der MOS-Struktur 12.
  • Zwischen den Randabschlusssäulen 20 und dem Rand 8 befindet sich oberhalb der Driftzone 9 eine Randplatte 6 aus stark n-dotiertem Material. Über der Randplatte 6 befindet sich ferner eine Schichtfolge aus einer Isolationsschicht 24, einer Feldplatte 7, einer Isolationsschicht 26 und einer oberen leitenden Schicht 21. Die Feldplatte 7 ist mit einer der Randabschlusssäulen 20 des Randabschlusses 4 verbunden. Die Feldplatte reicht nicht ganz bis zum Rand 8, sondern schließt vorher ab und wird seitlich von der Isolationsschicht 24 bedeckt. Die obere leitende Schicht 21 reicht somit am Rand 8 bis auf die Randplatte 6 herunter, mit der sie einen elektrischen Kontakt bildet. Die Isolationsschicht 24 ist dabei dicker als das Gateoxid, das unterhalb der Gates 15 liegt, ausgebildet.
  • Die Feldplatte 7 ist an eine mittlere Randabschlusssäule 20 angeschlossen. Dadurch befindet sich die Feldplatte 7 im Sperrfall auf einem Potential, das etwa in der Mitte zwischen dem Drain- und dem Sourcepotential liegt.
  • Die obere leitende Schicht 21 ist von der Sourceelektrode 16 durch ein Isolationsgebiet 22 getrennt.
  • Die Feldplatte 7 bildet dabei eine erste Platte einer Plattenkondensator-Struktur, deren andere Platte durch die Randplatte 6 und die obere leitende Schicht 21 gebildet wird.
  • Die erforderliche Fläche für diese Plattenkondenstorstruktur, die durch die Feldplatte 7 und Randplatte 6 gebildet wird, kann folgendermaßen berechnet werden. Bei einer aktiven Fläche eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements 1 von 21 mm2 und einer Gesamtfläche von etwas 26 mm2 liegt die Ausgangskapazität bei etwa 5 nF, sobald Spannungen von wenigen Volt am Ausgang anliegen. Es wird angestrebt, dass die Kapazität, die durch die Feldplatte 7 zur Verfügung gestellt wird, in der gleichen Größenordnung liegt. Wenn die Isolationsschicht 24 im wesentlichen Siliziumdioxid enthält und 1 μm dick ist, wird eine Fläche von 14 mm2 benötigt. Falls der Plattenkondenator nach oben und nach unten realisiert wird, reduziert sich der Flächenbedarf auf 7 mm2.
  • Die Gesamtchipfläche steigt also um weniger als 30%, zumal bisher nicht genutzte Flächenanteile für die Kondensatorstruktur genutzt werden. Da die letztlich ringförmig ausgebildete Kondensatorstruktur nur eine zusätzliche Fototechnik benötigt, vergrößern sich die Prozesskosten nicht wesentlich. Die Mehrkosten für das Vorsehen der Kondensatorstruktur werden somit ebenfalls geringer als 30% der Kosten für das Leistungshalbleiterbauelement abgeschätzt.
  • Um eine Fläche für den Plattenkondensator von 7 mm2 zu erreichen, bedarf es bei einem Chipumfang von 18 mm (aktive Fläche) eines Kapazitätsrings von etwa 0,4 mm Breite. Ein solcher Ring hat einen Widerstand von 0,22 Ohm, wobei von einem bei Superjunction-Transistoren typischen Polywiderstand von 10 Ohm/sq ausgegangen wird. Somit hat der Kondensator Zeitkonstanten von maximal ins, was bei den gegebenen Anstiegszeiten ausreicht.
  • Die 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Halbleiterbauelements, des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, das im Schnitt schematisch dargestellt wird. 5 unterscheidet sich von 4 hinsichtlich des Randabschlusses 4. Bauteile mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Randabschluss 4 enthält Feldringe 28 des zweiten Leitfähigkeitstyps, deren Oberseite auf dem oberen Rand 25 des Halbleiterkörpers 27 liegt. Die Feldringe umschließen MOS-Strukturen und schützen die MOS-Strukturen vor den hohen Potentialen, die in den Halbleitergebieten am Rand 8 des Halbleiterkörpers 27 herrschen. Im Sperrfall werden Gebiete in den Feldringen und in den sie umgebenden Bereichen der Driftzonen ausgeräumt, das heißt die Anzahl der freien Ladungsträger wird stark reduziert. Es hängt dabei von der Dotierungskonzentration der Feldringe 28 ab, wie groß der Bereich innerhalb der Feldringe 28 ist, der ausgeräumt wird, und wie groß der ausgeräumte Bereich der Driftzone 9 in der Umgebung der Feldringe 28 ist.
  • Die Feldplatte 7 ist mit einem mittleren Feldring 28 verbunden, so dass im Sperrfall die Feldplatte 7 auf einem Potential liegt, das etwa in der Mitte zwischen Drain- und Sourcepotential liegt.
  • Ein laterales Leistungshalbleiterbauteil wird in der Draufsicht in 6 gezeigt. Es enthält einen Rand 8, eine Drainzone 10, eine Driftzone 9 und eine Sourcezone 14. Die Sourcezone 14 liegt in der Mitte des Halbleiterbauteils und wird von der Driftzone 9 und der Drainzone 10 umschlossen. Zwischen dem Rand 8 und der Drainzone 10 ist ein Kapazitätsbereich 39 angebracht.
  • In 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lateralen Leistungshalbleiterbauteils in der Draufsicht gezeigt. Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement wird durch einen Rand 8 begrenzt. Ein Kapazitätsbereich 39 befindet sich im Außenbereich 5. Innen sind ein Sourcegebiet 14, eine Driftstrecke 9 und eine Drainzone 10 angebracht. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 6 befindet sich hier die Drainzone 10 innen, die Sourcezone 14 außen.
  • In 8 wird ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement im Querschnitt schematisch gezeigt. Es enthält links einen Außenbereich 5, in der Mitte ein Gebiet mit einer MOS-Struktur 11 und rechts einen weiteren Außenbereich 5. Die Vorderseite 2 ist oben und die Rückseite 3 ist unten gezeigt. Die Driftzone 9 erstreckt sich von der Vorderseite 2 des lateralen Leistungshalbleiterbauelements 1 bis zu einem rückseitigen Sourcegebiet 38. Die Driftzone 9 ist vom ersten Leitfähigkeitstyp und schwach dotiert und die rückseitige Sourcezone 38 ist vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Die MOS-Struktur 11 enthält Drainzonen 10 vom ersten Leitfähigkeitstyp, Sourcezonen 14 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, eine Bodyzone 13 vom zweiten Leitfähigkeitstyp sowie ein Gate 15, das von den Halbleitergebieten getrennt ist. Das Gate 15 sorgt für einen Stromfluss von den Sourcezonen 14 durch die Bodyzone 13 und die Driftzone 9 zu den Drainzonen 10.
  • Die Drainzonen 10 werden über den Drainkontakt 33 und die Drainelektroden 11 angeschlossen. Die Sourcezonen 14 werden über den Sourcekontakt 34 und Sourceelektroden 16 angeschlossen.
  • In den Außenbereichen 5 befinden sich Plattenkondensator-Strukturen mit jeweils einer Feldplatte 7, einer Isolationsschicht 24, einer Randplatte 6. Solche Plattenkondensator-Strukturen sind beispielsweise in einem Kapazitätsbereich 39, wie er in 6 oder 7 gezeigt ist, angebracht. Die Randplatte 6 besteht aus hochdotiertem Halbleitermaterial, das mit der Drainzone 10 direkt verbunden ist. Die Feldplatte 7 aus dotierten Polysilizium verläuft horizontal oberhalb der Randplatte 6 und ist von der Randplatte 6 mittels des Isolationsgebiets 24 isoliert.
  • Die Feldplatte 7 ist mit dem mittleren der drei Feldringe 28 verbunden. Oberhalb der Feldplatte 7 liegt eine Isolationsschicht 26 sowie die obere leitende Schicht 21. Die obere leitende Schicht 21 erhöht die Kapazität zwischen Randplatte 6 und Feldplatte 7.
  • Am Rand 8 befindet sich zudem eine senkrecht verlaufende Randsäule 35 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich in elektrischem Kontakt mit der rückseitigen Sourcezone 38 befindet.
  • Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Randplatte zwischen der MOS-Struktur 12 und den Feldringen 28. Im Gegensatz dazu ist im vertikalen Leistungshalbleiterbauelement nach 5 die Randplatte zwischen den Feldringen 28 und dem Rand 8 angebracht.
  • 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen lateralen Leistungshalbleiterbauteils 1 im Querschnitt. Dabei werden in einem Außenbereich 5 zwei Plattenkondensator-Strukturen aus jeweils Feldplatte 7 und Randplatte 8 nebeneinander angebracht. Dabei werden die Randplatten 6 der beiden benachbarten Plattenkondensator-Strukturen miteinander verbunden und über eine in 9 nicht gezeigte metallische Verbindung auf das Drainpotential gebracht.
  • In hier nicht gezeigten Ausführungsformen werden zwischen dem Außenbereich 5 und der MOS-Struktur 11 weitere Plattenkondensator-Strukturen und/oder weitere MOS-Strukturen angebracht.
  • Die 10 zeigt den Potentialverlauf eines erfindungsgemäßen vertikalen Leistungshalbleiterbauelements. Die Gebiete sind mit den Potentialen bezeichnet, auf denen sie im Sperrfall liegen.
  • Auf der linken Seite befinden sich die Potentialverläufe für MOS-Strukturen 12 mit einem Randabschluss 4. Der Spannungsabbau erfolgt von der Drain, die auf einem Potential von 700 V liegt, bis zu den Sourcezonen 14, deren Potential 0 V beträgt. Im rechten Bereich befindet sich eine Feldplatte 7 aus Polysilizium, die sich zwischen einer Randplatte 6 und einer oberen leitenden Schicht 21 befindet. Die Feldplatte 7 ist über einen Feldring 28, der auf 300 V bis 400 V liegt, angeschlossen. Folglich ist auch die Feldplatte 7 auf dem Potential von 300 V bis 400 V. Das Gebiet oberhalb der Feldplatte 7 liegt auf 600 V bis 700 V. Unterhalb der Feldplatte 7 herrscht ein Potential von 600 V bis 700 V in den Bereichen, die unter der Randplatte 6 liegen, während die Feldringe 28, die unterhalb der Feldplatte 7 liegen und nicht an diese Feldplatte 7 angeschlossen sind, auf niedrigeren Potentialen als das Drainpotential liegen.
  • Wie sich die Drainspannung beim Ausschalten eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements verhält, wird in 11 veranschaulicht. Die Drainspannung ist über der Zeit eingetragen, wobei ein konstanter Strom angenommen wird. Bis etwa 250 V steigt die Drainspannung schnell an, wogegen sich danach der Anstieg verlangsamt. Somit ist die Ausgangskapazität bei höheren Drainspannungen größer als bei niedrigen Drainspannungen. Die wirksame Kapazität, die sich aus dem Spannungsanstieg und dem Ladestrom errechnet, entspricht im wesentlichen der Kapazität zwischen der Feldplatte 7 und der Drain.

Claims (7)

  1. Laterales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Vorderseite (2), einer Rückseite (3) und einem seitlichen Rand (8), wobei eine zwischen zwei Außenbereichen (5) angeordnete MOS-Struktur vorgesehen ist, und wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) auf seiner Vorderseite (2) folgende Merkmale enthält: – mindestens eine schwach dotierte Driftzone (9) des ersten Leitfähigkeitstyps, mindestens eine Sourcezone (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, mindestens eine Bodyzone (13) des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Drainzone (10) des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Driftzone (9) sich von der Vorderseite (2) bis zu dem rückseitigen Source-Gebiet (38) erstreckt, – zumindest ein Gate (15), das mit einer Driftzone (9) mit einer Sourcezone (14) und mit einer Bodyzone (13) eine MOS-Struktur (12) bildet, wobei die Drainzone (10) über einen Drainkontakt (33) und Drainelektronde (11) angeschlossen ist, und die Source-Zone (14) über einen Sourcekontakt (34) und Sourceelektrode (16) angeschlossen ist, und wobei in den Außenbereichen (5) sich Plattenkondensatorstrukturen mit jeweils einer Feldplatte (7), einer Isolationsschicht (24) und einer Randplatte (6) befindet, wobei die Randplatte (6) aus einem hochdotierten Halbleitermaterial besteht und mit der Drainzone (10) direkt verbunden ist, wobei die Feldplatte (7) aus dotierten Polysilizium besteht und oberhalb der Randplatte (6) horizontal verläuft und von der Randplatte (6) mittels des Isolationsgebiets (24) isoliert ist, wobei die Feldplatte (7) mit dem mittleren der drei Feldringe (28) verbunden ist, und wobei oberhalb der Feldplatte (7) eine Isolationsschicht (26) sowie eine leitende Schicht (21) angeordnet ist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) einen Außenbereich (5) mit Feldringen (28) aufweist, und wobei im Außenbereich an der Vorderseite (2) zwischen dem Rand (8) und dem Randabschluss über Halbleitergebieten des Leistungshalbleiterbauelements (1) eine horizontal verlaufende Feldplatte (7) angebracht ist, die mit einer unter ihr liegenden Randplatte (6) eine Plattenkondensator-Struktur bildet, wobei die Randplatte (6) aus einem hochdotierten Halbleitermaterial besteht und an eines der beiden Potentiale Sourcepotential und Drainpotential angeschlossen ist, und wobei am Rand (8) sich zu dem eine senkrecht verlaufende Randsäule (35) vom zwieten Leitfähigkeitstyp, die sich im elektrischen Kontakt mit der rückseitigen Sourcezone (38) steht, befindet.
  2. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Sperrfall die Feldplatte (7) sich auf einem Potential befindet, das zwischen dem Drainpotential und dem Sourcepotential liegt.
  3. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es am Rand (8) eine Vielzahl von Kompensationssäulen (36) aufweist und dass die Feldplatte (7) mit einer der Kompensationssäulen (36) am Rand (8) verbunden ist.
  4. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationssäule (36), mit der die Feldplatte (7) verbunden ist, in der Mitte der Kompensationssäulen (36) am Rand (8) liegt.
  5. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere leitende Schicht (21) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht.
  6. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Randplatte (6) vom ersten Leitfähigkeitstyp ist.
  7. Laterales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere nebeneinander liegende Plattenkondensator-Strukturen, die jeweils mindestens eine Feldplatte (7) und eine Randplatte (6) enthalten, aufweist.
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