Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...
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Kapitel 3 Laterale Superjunction‐Leistungstransistoren<br />
35<br />
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Praktisch können Smart‐Power‐Technologien nach <strong>der</strong> Isolationstechnik klassifiziert<br />
werden. Drei gängige Isolationstechniken [FJ86] sind in Abb. 3.5 am Beispiel eines<br />
LDMOS‐Transistors skizziert: Sperrschichtisolation, selbstisolierende Isolation und<br />
dielektrische Isolation. Die Sperrschichtisolation geschieht mittels gesperrten pn‐<br />
Übergängen. Hierbei werden Schichten mit sperrgepolten pn‐Übergängen durch<br />
Diffusion <strong>von</strong> p‐Gebieten bis in die ganze tiefe einer n‐leitenden Schicht erzeugt, die<br />
epitaktisch auf ein p‐Substrat aufgewachsen wird. Diese Technik stellt eine Kom‐<br />
promisslösung zwischen Preis und Einsatzflexibilität dar, so dass sie in den Techno‐<br />
logien für Hochvolt‐ICs am weitesten gebräuchlich ist. Die Schwäche dieser Lösung<br />
aber sind relativ große parasitäre Sperrschichtkapazitäten, hoher Flächenbedarf und<br />
hohe Leckströmen <strong>der</strong> Isolations‐pn‐Übergänge.<br />
Bei selbstisolieren<strong>der</strong> Isolation erfolgt die elektrische Trennung auch durch Sperr‐<br />
schichten, jedoch müssen keine zusätzlichen Isolationsstrukturen geschaffen werden,<br />
son<strong>der</strong>n man gestaltet den Aufbau des integrierten Bauelements <strong>der</strong>artig, dass es<br />
sich <strong>von</strong> selbst im Sperrbetrieb vom Substrat trennt. Diese Technik bringt dennoch<br />
einen Nachteil mit, dass sie nicht so flexibel ist, weil das Sourcegebiet stets auf Null<br />
Volt liegen muss, um die <strong>elektrischen</strong> Fel<strong>der</strong> in diesem Gebiet abzubauen. Struktur‐<br />
bedingt sind Feldeffekttransistoren bereits durch Verarmungsschichten vom Substrat<br />
isoliert, und somit erübrigen sich zusätzliche Maßnahmen (Prinzip <strong>der</strong> Selbstisola‐<br />
tion).<br />
Wesentlich bessere Isolationstechnik ist die dielektrische Isolation, bei <strong>der</strong> die Isolie‐<br />
rung mittels Isolatorwannen aus SiO2 erfolgt. Als vorteilig erweist sich höhere<br />
Packungsdichte einer di<strong>elektrischen</strong> Isolationstechnologie im Vergleich zur Sperr‐<br />
schichtisolation. Nachteile dieses Ansatzes sind <strong>der</strong> recht umständliche und kost‐<br />
spielige Technologieaufwand und die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Isolators.<br />
3.3 Entwicklungsgeschichte lateraler integrierbarer Leis‐<br />
tungsbauelemente<br />
In <strong>der</strong> Leistungshalbleiterindustrie gelten MOS‐Leistungstransistoren aufgrund ihrer<br />
attraktiven <strong>Eigenschaften</strong> wie z.B. <strong>der</strong> leistungslosen Steuerung, des Nichtauftretens<br />
des zweiten Durchbruchs, des Selbstschutzes gegen Überhitzung, kleiner Schaltzei‐<br />
ten, hoher Ströme und Spannung usw. als wichtige Vertreter <strong>der</strong> Leistungsbauele‐<br />
mente. Im Folgenden werden klassische laterale Leistungsbauelemente besprochen,<br />
<strong>der</strong>en Aufbau eine doppelt diffundierten MOS‐Struktur (DMOS) enthält. Hierzu<br />
gehören LDMOS‐, RESURF‐ und Superjunction‐MOSFETs. Die erzielbaren flächen‐<br />
spezifischen Wi<strong>der</strong>stände <strong>der</strong> entsprechenden Bauelemente in Abhängigkeit <strong>von</strong> <strong>der</strong><br />
Sperrspannung werden dabei mathematisch hergeleitet und miteinan<strong>der</strong> verglichen.