Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

Kapitel 3 Laterale Superjunction‐Leistungstransistoren
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Erzielt werden soll eine Sperrfähigkeit von 600 Volt. Diese Spannungsklasse ist
insbesondere für Anwendungen in Schaltnetzteilen gefordert. Das Bauelement be‐
ruht im Prinzip auf konventionellen Bulk‐LDMOS‐Transistoren mit 80 nm Gateoxid‐
dicke und etwa 1 µm Kanallänge. Das Substrat ist stets an den Sourcekontakt ange‐
schlossen. Das besondere Konstruktionsmerkmal liegt in der Kompensationsstruk‐
tur, die durch Einlagerung von fünf p‐dotierten Säulen in die Driftzone entsteht. Die
Säulen reichen bis in ein schwach p‐dotiertes Substrat, das wiederum leitend mit der
tiefen p‐Basis verbunden ist. Die Verbindung zwischen der p‐Basis und dem p‐
Substrat entsteht durch die Implantierung einer p‐Dotierung im Sourcegebiet bei
gleichzeitiger maskierter p‐Implantation für die Säulenherstellung in der Driftzone.
Die Säulen sind alle gleich groß und werden im gleichen Abstand von ls = 7,5 µm
aneinander gereiht. Deshalb wird diese Kompensationsstruktur als gleichförmige SJ
bezeichnet. Zur Verringerung der elektrischen Feldstärke im Krümmungsbereich der
p‐Basis wird eine Feldplatte über dem Randgebiet des Kanal‐Driftzonen‐Übergangs
angebracht, und zwar durch Erweiterung der Gateelektrode auf eine Oxidschicht
über die Driftzone. Die Gatefeldplatte ist in einem Neigungswinkel von etwa 30°
angeordnet.
Für die Säulenherstellung ist der CoolMOS TM ‐Prozess verwendbar. Dabei besteht der
simulierten Prozessablauf aus der fünffachen Epitaxie einer 3 µm dicken Schicht mit
dazwischenliegenden ganzflächigen und maskierten Implantationen, wobei die
maskierte Implantation über eine kreisförmige Öffnung mit dem Radius Rm = 2 µm in
einer Lackmaske erfolgt. Die vertikalen Implantationsprofile werden durch
Gaußsche Fehlerverteilungskurven angenähert [RM91].
2
⎛
1 ⎡y−R ⎤ ⎞
p
N( y) = Nmax
⋅exp⎜− ⋅⎢ ⎥ ⎟
⎜ 2 ⎢⎣ ∆Rp
⎥⎦
⎟
⎝ ⎠
(3.19)
Hierin ist Nmax die Maximalkonzentration in cm ‐3 , Rp die Reichweite der Ionen in µm,
∆Rp die Standardabweichung in µm. Für den radialen Dotierungsverlauf genügt die
Beschreibung durch komplementäre Fehlerfunktion
N ⎡ ⎛r− R ⎞ ⎛r+ R ⎞⎤
() = ⋅⎢⎜ ⎟− ⎜ ⎟⎥
⎣ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎦
max
m m
N r erfc erfc
2 Lchar Lchar
(3.20)
mit Lchar als charakteristische Länge und Rm als Öffnungsradius der Lackmaske (beide
in µm). Tabelle 3.1 gibt eine Übersicht über die optimalen Dotierungskonzentratio‐
nen für das gleichförmige SJ‐Design. Der gleichförmige SJ‐LDMOS‐Transistor weist
Nettodotierungsprofile entsprechend Abb. 3.19 auf.