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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, welches einen Halbleiterkörper mit einer ersten Anschlusszone und einer zweiten Anschlusszone, eine zwischen den beiden Anschlusszonen ausgebildete Kanalzone, eine Steuerelektrode sowie eine Mehrzahl von Kompensationszonen umfasst. Das Halbleiterbauelement weist ferner zusätzliche Dotierzonen auf, die in räumlicher Nähe zu den Kompensationszonen oder damit verschmolzen angeordnet sind. Die zusätzlichen Dotierzonen sind, gegebenenfalls über eine Seriendiode, mit der ersten Anschlusszone verbunden.
    公开号:DE102004015921A1
    申请号:DE102004015921
    申请日:2004-03-31
    公开日:2005-10-27
    发明作者:Jenö Dr. Tihanyi
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L29-06
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbaresHalbleiterbauelement mit Ladungskompensation. Sie betrifft insbesondereein Halbleiterbauelement, welches geeignet ist, bei Anlegen einerin Vorwärts-oder Rückwärtsrichtunggepolten Flussspannung zu sperren.
    [0002] MittelsFeldeffekt steuerbare Halbleiterbauelemente, wie beispielsweisevertikale Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren werden zum Schaltenvon Strömenoder zum Anlegen von Spannungen an Lasten häufig eingesetzt.
    [0003] Insolchen Halbleiterbauelementen ist ein Halbleiterkörper vorgesehen,welcher mit einer ersten und einer zweiten dotierten Anschlusszoneausgestattet ist. Zwischen den beiden Anschlusszonen ist eine Kanalzoneausgebildet, welche zur Dotierung der Anschlusszonen komplementär dotiertist. Benachbart zur Kanalzone ist eine Steuerelektrode angeordnet,die mittels eines Isoliermaterials gegenüber dem Halbleiterkörper elektrischisoliert ist.
    [0004] Beieinem MOS-Feldeffekttransistor wird die erste Anschlusszone alsSource-Zone, die zweite Anschlusszone als Drain-Zone und die Steuerelektrodeals Gate-Elektrode bezeichnet. In der Praxis ist der MOS-Feldeffekttransistoroft vertikal aufgebaut, wobei an einer ersten Hauptoberfläche desHalbleiterkörpersdie mit einem Dotierstoff eines ersten Leitungstyps dotierte Source-Zoneund an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche dieebenfalls mit einem Dotierstoff des ersten Leitungstyps dotierteDrain-Zone ausgebildet sind, und zwischen diesen beiden Anschlusszonendie mit einem zweiten Leitungstyp stark dotierte Kanalzone ausgebildetist. Zwischen der Kanalzone und der Drain-Zone ist meist eine schwächer dotierteDriftzone des ersten Leitungstyps vorgesehen, deren Dotierung imAllgemeinen durch die Dotierung des Halbleiterkörpers vorgegeben ist. Bei einemvertikalen Aufbau des MOS-Feldeffekttransistors sind die Gate-Elektrodengewöhnlichin Gräbenaufgenommen, welche sich von der Source-Zone, durch die Kanal-Zonehindurch, bis in die Drift-Zone erstrecken.
    [0005] Vordem Hintergrund einer stetig fortschreitenden Miniaturisierung undWirkungsgraderhöhung leistungselektronischerSysteme sollen MOS-Feldeffekttransistoren einerseits einen möglichstgeringen Einschaltwiderstand Ron und andererseitseine möglichsthohe Durchbruchsspannung aufweisen. Eine Verringerung des Einschaltwiderstandskann hier durch eine Erhöhungder Dotierkonzentration im Halbleiterkörper erreicht werden, wobeidiese Maßnahmejedoch auch zur Folge hat, dass die Durchbruchsspannung in unerwünschterWeise herabgesetzt wird.
    [0006] EineVerringerung des Einschaltwiderstands ohne negative Beeinflussungder Durchbruchsspannung wird bei MOS-Feldeffekttransistoren mitLadungskompensation erzielt. Bei solchen Halbleiterbauelementensind im Halbleiterkörper,insbesondere in dessen Driftzone, so genannte Kompensationszoneneingebaut, die mit einer zur Dotierung der Driftzone komplementären Dotierungausgestattet sind. Aufgrund solcher Kompensationszonen kann derHalbleiterkörperhöher dotiertwerden, wodurch sich der Einschaltwiderstand des Halbleiterbauelementsdeutlich verringert. Wird jedoch eine Sperrspannung zwischen denbeiden Anschlusszonen angelegt, breitet sich in dem Halbleiterkörper eine Raumladungszoneaus, die bei Erreichen der Kompensationszonen bewirkt, dass sichdie Ladungsträgerverschiedenen Leitungstyps aus den Kompensationszonen und der Driftzonegegenseitig kompensieren, so dass die Anzahl der Ladungsträger vermindertwird, und eine hohe Durchbruchspannung realisiert werden kann. Derartigeladungskom pensierte Halbleiterbauelemente sind hinlänglich bekanntund beispielsweise in der DE43 097 64 C2 beschrieben.
    [0007] Unabhängig vondem Vorliegen von Kompensationszonen wird durch die Abfolge derunterschiedlich dotierten Zonen in dem Halbleiterbauelement, nämlich derbeiden Anschlusszonen mit Ladungsträgern des gleichen Leitungstypsund der zwischen diesen angeordneten Kanalzone mit Ladungsträgern desanderen Leitungstyps, ein parasitärer Bipolartransistor gebildet.Hierbei bildet die Kanalzone die Basis des parasitären Bipolartransistors,währenddie beiden Anschlusszonen dessen Emitter und Kollektor bilden.
    [0008] Nunhat sich gezeigt, dass sich währenddes Betriebs des Halbleiterbauelements, d. h. wenn eine Flussspannungzwischen den Anschlusszonen des Halbleiterbauelements und ein Ansteuerpotenzialan die Steuerelektrode angelegt wird, Ladungsträger des gleichen Leitungstypsin der Kanalzone ansammeln, welche den parasitären Bipolartransistor aktivierenund hierdurch in unerwünschterWeise die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements herabsetzenkönnen.Um eine solche Verminderung der Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements durcheine Aktivierung des parasitärenBipolartransistors zu vermeiden, müssen spezielle Vorkehrungengetroffen werden, zu welchem Zweck bei einem MOS-Feldeffekttransistorgewöhnlicherweisedie Source-Zone und die Kanal-Zone kurzgeschlossen werden, wodurcherreicht wird, dass sich diese beiden Zonen stets auf demselbenPotenzial befinden, so dass sich keine Ladungsträger in der Kanalzone ansammelnkönnenund ein Aktivieren des parasitärenBipolartransistors verhindert wird.
    [0009] EinKurzschließenvon Source- und Kanal-Zone hat jedoch den Nachteil, dass hierdurch eineDiode entsteht, welche, wenn kein Ansteuerpotenzial an der Steuerelektrodeanliegt, lediglich in einer Richtung sperren kann. Diese Richtungwird für gewöhnlich als "Vorwärtsrichtung" bezeichnet, wobei bei spielsweisebei n-dotierten Anschlusszonen und einer p-dotierten Kanalzone die Diode nur dann sperrt,wenn die Drain-Elektrode ein höheresPotenzial hat als die Source-Elektrode.Wird die Flussspannung an den Elektroden des Halbleiterbauelements umgepolt,d. h. bei einer in Source-Drain-Richtung angelegtenFlussspannung, leitet der aus Anschlusszonen und Kanalzone gebildetenpn-Übergangmit kurzgeschlossener Source- und Kanalzone wie eine Diode.
    [0010] Für vieleAnwendungen, insbesondere für denFall, dass man induktive Lasten schalten will, wäre es jedoch äußerst wünschenswert, über einmittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement zu verfügen, dassowohl in Vorwärtsrichtungals auch in Rückwärtsrichtungsperren kann, wenn kein Ansteuerpotenzial an der Steuerelektrodeanliegt. Auf diese Weise wird ein Einströmen von Ladungsträgern in denHalbleiterkörperbei einer in Rückwärtsrichtung gepoltenFlussspannung verhindert, welche bei einem Umpolen der Flussspannungin Vorwärtsrichtungzu einem unerwünschteninitialen Spannungs- bzw. Strompuls führen.
    [0011] ImStand der Technik sind bereits Lösungen für dieseAufgabe angegeben. So schlägtdie EP 0 606 661 B1 zudiesem Zweck vor, die Kurzschlussverbindung zwischen der Source-Zoneund der Kanalzone aufzuheben und anstelle dessen eine leitende Verbindungmit einem Widerstand anzuordnen, so dass der Spannungsabfall beiAnlegen einer Flussspannung in Rückwärtsrichtungerhöhtist.
    [0012] Fernerschlägtdie DE 100 60 428A1 zu diesem Zweck, bei nicht kurzgeschlossener Source- undKanalzone, die Ausbildung einer Kompensationszone in der Kanalzoneund in der Source-Zone vor,welche ein die Rekombination von Ladungsträgern des ersten und zweitenLeitungstyps förderndes Materialaufweist. Hierdurch wird eine Anhäufung von Ladungsträgern indie Kanalzone durch Rekombination verhindert.
    [0013] Dievorliegende Erfindung zeigt gegenüber den im Stand der Technikbekannten Lösungenfür dieerfindungsgemäße Aufgabevergleichsweise einfach zu realisierende Alternativen auf.
    [0014] Nacheinem ersten Gegenstand der Erfindung ist ein mittels Feldeffektsteuerbares Halbleiterbauelement mit Ladungskompensation angegeben, welchesin herkömmlicherWeise einen Halbleiterkörpermit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, die eineerste Elektrode umfasst, und einer zweiten Anschlusszone des erstenLeitungstyps, die eine zweite Elektrode umfasst, ausgestattet ist. Zwischenden beiden Anschlusszonen ist eine Kanalzone eines zweiten Leitungstypsausgebildet, welche gegenüberder ersten Elektrode elektrisch isoliert angeordnet ist. Benachbartzu der Kanalzone und elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper isteine Steuerelektrode angeordnet. Zur Ladungskompensation sind eineMehrzahl von Kompensationszonen des zweiten Leitungstyps im Bereichzwischen den beiden Anschlusszonen mit einem jeweiligen Abstandzwischen angrenzenden Kompensationszonen angeordnet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelementzeichnet sich wesentlich dadurch aus, dass zusätzliche Dotierzonen des zweitenLeitungstyps in räumlicherNähe zuden Kompensationszonen des zweiten Leitungstyps angeordnet sind.Diese zusätzlichenDotierzonen sind übereine in Richtung zur ersten Anschlusszone hin leitenden, in Seriegeschalteten Seriendiode mit der ersten Anschlusszone elektrischverbunden.
    [0015] Indem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementist die erste Anschlusszone nicht mit der Kanalzone kurzgeschlossen,sondern die Kanalzone ist floatend ausgebildet, was zur Folge hat,dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauelementsowohl bei Anlegen einer in Vorwärts-als auch in Rückwärtsrichtunggepolten Flussspannung sperren kann. Zur einfacheren Beschreibungsei hier in Anlehnung an die üblichePraxis angenommen, dass mit einer in "Vorwärtsrichtung" gepolten Flussspannungan den Elektroden, jene Richtung gemeint sein soll, welche der Sperrrichtungeiner bei kurzgeschlossener Source- Zone und Kanalzone gebildeten Diodeder Abfolge unterschiedlich dotierter Zonen entspricht, während die "Rückwärtsrichtung" einer dementsprechenden Umpolung derFlussspannung entspricht.
    [0016] EineAktivierung des parasitärenBipolartransistors wird in dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement verhindert,indem die Ladungsträger, welchesich währenddes Betrieb des Halbleiterbauelements in der Kanalzone bzw. in derBasis des parasitärenBipolartransistors ansammeln würden, durchdie zusätzlichenDotierzonen abgefangen werden. Die zusätzlichen Dotierzonen wirkendabei als JFET-Gate. Die erfindungsgemäß vorgegebene Bedingung, wonachdie zusätzlichenDotierzonen in räumlicherNähe zuden Kompensationszonen angeordnet sein müssen, ist dann erfüllt, wenndie zusätzlichenDotierzonen an die Kompensationszonen elektrisch gekoppelt sind,so dass ein JFET-Gate realisiert werden kann.
    [0017] Daerfindungsgemäß eine Multiplikationdes Sperrstroms durch ein Einströmenvon Ladungsträgernin die Basis des parasitärenBipolartransistors vermieden wird, kann in vorteilhafter Weise dieoriginäreDurchbruchsspannung des parasitärenBipolartransistors aufrechterhalten werden. Voraussetzung hierzuist, dass die zusätzlichenDotierzonen so dimensioniert sind, dass der parasitäre Bipolartransistorlediglich eine so kleine Kollektorspannung enthält, dass die Kollektor-Emitter-Durchbruchsspannung UCE0 des parasitären Bipolartransistors nichterreicht wird. Anders ausgedrückt,kann durch die elektrische Verbindung der zusätzlichen Dotierzonen mit derersten Anschlusszone bzw. der ersten Elektrode erreicht werden,dass ein wesentlicher Teil der an den beiden Anschlusszonen angelegtenFlussspannung zwischen den zusätzlichenDotierzonen und der zweiten Anschlusszone abfällt. Entscheidend ist hierbei,dass die Kollektorspannung des parasitären Bipolartransistors unterhalbder Kollektor-Emitter-DurchbruchsspannungUCE0 bleibt.
    [0018] Dadurch die zusätzlichenDotierzonen im Halbleiterkörpereine Diode entsteht, welche bei in Rückwärtsrichtung gepolter Flussspannungleitet, ist dafürSorge zu tragen, dass eine unerwünschteInjektion von Ladungsträgerngleichen Leitungstyps in die zusätzlichenDotierzonen verhindert wird. Dies wird durch die Platzierung einerzusätzlichenin Serie geschalteten Seriendiode in der elektrisch leitenden Verbindungzwischen den zusätzlichenDotierzonen und der ersten Anschlusszone erreicht. Falls die zusätzlichenDotierzonen beispielsweise mit p-Ladungsträgern dotiert sind, so wirddurch die Seriendiode bei einer in Rückwärtsrichtung gepolter Flussspannungeine Injektion von positiven Ladungsträgern in die zusätzlichenDotierzonen verhindert. Hierbei ist die Seriendiode so aufzubauen,dass kein parasitärerBipolartransistor mit reduzierter Durchbruchsspannung entsteht.Die Seriendiode ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie geeignetist, lediglich bis zu einer vorgegebenen Durchbruchsspannung zusperren, wobei diese Durchbruchsspannung maximal 20 V beträgt. Erfindungsgemäß ist esnoch stärkerbevorzugt, wenn die Seriendiode eine Durchbruchsspannung von maximal10 V hat.
    [0019] Gemäß einemzweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung weist ein mittelsFeldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement in bekannter Weise einenHalbleiterkörpermit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, die eineerste Elektrode umfasst, und einer zweiten Anschlusszone des erstenLeitungstyps, die eine zweite Elektrode umfasst, auf. Zwischen denbeiden Anschlusszonen ist eine Kanalzone eines zweiten Leitungstypsausgebildet, welche gegenüberder ersten Elektrode elektrisch isoliert angeordnet ist. Benachbartzu der Kanalzone und elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper isteine Steuerelektrode ausgebildet. Zudem weist das Halbleiterbauelementeine Mehrzahl von Kompensationszonen des zweiten Leitungstyps auf, welcheim Bereich zwischen den beiden Anschlusszonen mit einem jeweiligenAbstand zwischen angrenzenden Kompensationszonen angeordnet sind. Erfindungsgemäß zeichnetsich das Halbleiterbauelement dadurch aus, dass zusätzlicheDotierzonen des zweiten Leitungstyps, welche mit der ersten Elektrodeelektrisch verbunden sind, in räumlicher Nähe zu denKompensationszonen des zweiten Leitungstyps angeordnet sind, wobeiangrenzende zusätzlicheDotierzonen einander im Wesentlichen flächendeckend überlappen.
    [0020] Indem Halbleiterbauelement gemäß dem zweitenGegenstand der vorliegenden Erfindung kann auf eine zusätzlicheSeriendiode in der elektrischen Verbindungsleitung zwischen denzusätzlichenDotierzonen und der ersten Anschlusszone verzichtet werden, weildie einander im Wesentlichen flächendeckend überlappendenzusätzlichenDotierzonen selbst als Diode wirken und somit geeignet sind, dieFunktion der Seriendiode zu übernehmen. Dieeinander im Wesentlichen flächendeckend überlappendenzusätzlichenDotierzonen überlappensich in der Weise, dass sie zwischen den beiden Anschlusszonen eineim Wesentlichen zusammenhängendeFlächeausbilden.
    [0021] Beieiner vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementssind die zusätzlichenDotierzonen auf der der ersten Elektrode zugewandten Seite der Kompensationszonenangeordnet.
    [0022] Erfindungsgemäß sind diezusätzlichenDotierzonen räumlichnahe zu den Kompensationszonen angeordnet, derart dass ein JFET-Gaterealisiert werden kann. Eine zusätzlicheDotierzone hat hierbei vorzugsweise einen Abstand von einer Kompensationszone,welcher höchstensdem Abstand zwischen den Kompensationszonen entspricht. Ein typischer Zwischenabstandeinander angrenzender Kompensationszonen liegt, in absoluten Wertenausgedrückt, imBereich einiger Mikrometer, und beträgt beispielsweise 2 bis 3 μm.
    [0023] DiezusätzlichenDotierzonen könnenauch ohne jeglichen Abstand zu den Kompensationszonen angeordnetsein, derart, dass eine zusätzlicheDotierzone und eine Kompensationszone miteinander verschmelzen undeinen zusammenhängendenBereich bilden. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn eine zusätzlicheDotierzonen innerhalb einer der ersten Elektrode zugewandten Hälfte einerKompensationszone angeordnet sind. In einer besonders bevorzugtenAnordnung der zusätzlichenDotierzonen ist vorgesehen, dass die zusätzlichen Dotierzonen an einemder ersten Elektrode zugewandten Ende der Kompensationszonen angeordnetsind, so dass der Spannungsabfall einer an die Elektroden angelegten Flussspannungentlang des parasitärenBipolartransistors möglichstgering und der Spannungsabfall zwischen den Dotierzonen und derzweiten Anschlusszone möglichstgroß ist.
    [0024] Erfindungsgemäß ist esbevorzugt, wenn die zusätzlichenDotierzonen ein zwei- oder dreidimensionales Gitter bilden. Einsolches zwei- oder dreidimensionales Gitter kann beispielsweisequadratische bzw. kubische Gitterelemente aufweisen.
    [0025] DiezusätzlichenDotierzonen könneneine im Wesentlichen kugelige Form aufweisen, welche sich etwa durchein Ausdiffundieren von Dotieratomen während eines Diffusionsprozessesausbilden kann.
    [0026] Indem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemententspricht die Anzahl der zusätzlichenDotierungen vorteilhaft der Anzahl der Kompensationszonen, so dasssich jeweils eine zusätzlicheDotierzone in räumlicherNähe zujeweils einer Kompensationszone befindet, oder alternativ jeweilseine zusätzliche Dotierzonemit jeweils einer Kompensationszone verschmilzt und einen zusammenhängendenBereich bildet.
    [0027] Erfindungsgemäß ist esbevorzugt, wenn die Anzahl der Ladungsträger des zweiten Leitungstyps inden Kompensationszonen derart gewählt ist, dass bei Anlegen einerSperrspannung an die Elektroden ein im Wesentlichen vollständiges Ausräumen der Kompensationszonenstattfindet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelementist dabei beispielsweise so ausgestattet, dass die Anzahl der Ladungsträger deszweiten Leitungstyps in den Kompensationszonen der Anzahl der Ladungsträger desersten Leitungstyps in den die Kompensationszonen umgebenden Gebietendes Halbleiterkörpersim Wesentlichen entspricht. Ferner ist bevorzugt, wenn die Anzahlder Ladungsträgerdes zweiten Leitungstyps in den zusätzlichen Dotierzonen größer istals die Anzahl der Ladungsträgerdes zweiten Leitungstyps in den Kompensationszonen, so dass beiAnlegen einer Sperrspannung an die beiden Elektroden, im Unterschied zuden Kompensationszonen, kein vollständiges Ausräumen der zusätzlichenDotierzonen erfolgt. Hierdurch wird ein zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Funktionvorteilhafter geringer elektrischer Widerstand der zusätzlichenDotierzonen erreicht.
    [0028] Beieiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dasHalbleiterbauelement mit einer Grabenstruktur versehen. Das Halbleiterbauelementweist hierbei einen Halbleiterkörpermit einer ersten Hauptoberflächeund einer der ersten Hauptoberflächeentgegengesetzten zweiten Hauptoberfläche auf, wobei die erste Anschlusszonean der ersten Hauptoberflächeund die zweite Anschlusszone an der zweiten Hauptoberfläche ausgebildetsind. An der ersten Hauptoberflächesind ferner eine Mehrzahl von Gräbenvorgesehen, wobei jeder Graben eine Steuerelektrode, eine gegenüber derSteuerelektrode elektrisch isolierte zusätzliche Dotierzone, sowie eineKompensationszone aufnimmt. Die Kompensationszonen sind hierbeibeispielsweise säulenförmig ausgebildet.
    [0029] Dieerfindungsgemäßen Halbleiterbauelementekönnenunter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahrenhergestellt werden. Zum Beispiel werden die Anschlusszonen epitaktischhergestellt, währenddie Kompensationszonen und die zusätzlichen Dotierzonen mittelsder bekannten Trench-Technik hergestellt werden. Die Kompensationszonenund die zusätzlichenDotierzonen können hierbeidurch sukzessive Grabenätzungen undanschließenderjeweiliger Füllungmit dem gewünschtenDotiermaterial, oder durch eine einzige Grabenätzung mit sukzessiver Füllung mitden gewünschten Dotiermaterialienhergestellt werden. Im letztgenannten Fall gestaltet sich die Fertigungdes erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementsals besonders einfach, da lediglich eine einzige Grabenätzung für die gemeinsameAusbildung von Kompensationszonen und der zusätzlichen Dotierzonen ausgeführt werden muss.
    [0030] DieErfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert, wobeiBezug auf die beigefügtenZeichnungen genommen wird. Es zeigen:
    [0031] 1 eineschematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Ausführungsformeines Halbleiterbauelements gemäß dem erstenGegenstand der Erfindung;
    [0032] 2 eineschematische Schnittansicht durch ein Halbleiterbauelement, in welchemin einem Schnitt eine Ausführungsformgemäß dem ersten Gegenstandder Erfindung und eine Ausführungsformgemäß dem zweitenGegenstand der Erfindung gezeigt sind;
    [0033] 3 einErsatzschaltbild eines herkömmlichenMOS-Feldeffekttransistorsmit Ladungskompensation;
    [0034] 4 einErsatzschaltbild eines MOS-Feldeffekttransistors mit Ladungskompensationgemäß vorliegenderErfindung.
    [0035] Inden folgenden Ausführungsbeispielenentsprechen die Ladungsträgerdes ersten Leitungstyps n-Ladungsträgern, während die Ladungsträger des zweitenLeitungstyps p-Ladungsträgernentsprechen. In den Figuren sind gleiche bzw, gleichartige Elementemit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
    [0036] 1 zeigteine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementsgemäß dem erstenGegenstand der Erfindung. Ein Halbleiterkörper 1 aus Siliziumweist zwischen einer ersten Hauptoberfläche 2 und einer diesergegenüberliegendenzweiten Hauptoberfläche 3 einen-dotierte Driftzone auf. In die n-dotierte Driftzone sind p-dotierte Kompensationszonen 4 inForm von Längssäulen eingelagert,welche jeweils einen Zwischenabstand 5 voneinander aufweisen.Die Kompensationszonen 4 sind jeweils so angeordnet, dassdie p-dotierten Kompensationszonen 4 mit dazwischen angeordnetenn-dotierten Bereichen b des Halbleiterkörpers 1 verschachteltsind. Die Anzahl der p-Ladungsträgerin den Kompensationszonen 4 ist hierbei so gewählt, dassbei Anlegen einer Sperrspannung an das Halbleiterbauelement im Wesentlichenein Ausräumender Kompensationszonen 4 und der dazwischen liegenden n-dotiertenBereiche 6 des Halbleiterkörpers 1 erfolgt. Dien-dotierten Bereiche 6 des Halbleiterkörpers 1 können hierbeieine der Grunddotierung des Halbleiterkörpers 1 entsprechendeDotierung aufweisen, oder könnendieser gegenüberauch höherdotiert sein. In 1 sind die Kompensationszonenin einer Schicht bzw. Lage dargestellt, wobei diese ein Flächengitterausbilden. Sie könnenjedoch auch in mehreren Lagen gitterförmig angeordnet sein und indieser Weise ein Raumgitter ausbilden.
    [0037] Andie erste Hauptoberfläche 2 desHalbleiterkörpers 2 angrenzend,sind p-dotierte Bodyzonen 7 ausgebildet, in welchen jeweilsn+-dotierte Source-Zonen 8 enthaltensind, die ebenfalls an die erste Hauptoberfläche 2 angrenzen. Angrenzendan die zweite Hauptoberfläche 3 desHalbleiterkörpers 1 ist einen+-dotierte Drain-Zone 9 ausgebildet.
    [0038] Indem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement isteine Source-Elektrode 10 aus beispielsweise Aluminium mitden Source-Zonen 8 verbunden, welche über die Erdung 11 geerdet ist.Eine Drain-Elektrode 12 aus beispielsweise Aluminium istmit der Drain-Zone 9 verbunden. An der Drain-Elektrode 12 kannein Potenzial +U im Falle einer vorwärts gerichteten Flussspannung(Spannung in Drain-Source-Richtung)oder -U im Falle einer rückwärts gerichtetenFlussspannung (Spannung in Source-Drain-Richtung) anliegen.
    [0039] Aufder ersten Hauptoberfläche 2 befinden sichIsolationsschichtzonen 13 aus beispielsweise Siliziumdioxid,in welche Gate-Elektroden 14 aus beispielsweise polykristallinemund/oder Metall eingebettet sind. Die Gate-Elektroden 14 sindbenachbart zu den Bodyzonen 7 angeordnet. An die Gate-Elektroden 14 kanneine Steuerspannung zur Ausbildung eines n-leitenden Kanals in der Bodyzone 7 angelegt sein.
    [0040] Erfindungsgemäß weistder in 1 gezeigte Halbleiterkörper 1 p+-dotiertezusätzlicheDotierzonen 15 auf, welche eine im Wesentlichen kugelige Formhaben. Die zusätzlichenDotierzonen 15 verschmelzen jeweils mit dem der Source-Elektrode 10 zugewandtenEnde der Kompensationszonen 4 zu einem zusammenhängendenBereich. Die Anzahl der zusätzlichenDotierzonen 15 entspricht hierbei der Anzahl der Kompensationszonen 4.Die zusätzlichenDotierzonen 15 sind, analog den Kompensationszonen 4,in Form eines Flächengittersausgebildet. Das Flächengittergleicht hierbei einem Gitter mit quadratischen Gitterzellen. In 1 sinddie zusätzlichenDotierzonen 15 in einer Schicht bzw. Lage dargestellt,wobei diese jedoch auch in mehreren Lagen in Form eines Raumgittersangeordnet sein können.
    [0041] Während dieKompensationszonen 4 so dotiert sind, dass bei Anlegeneiner Sperrspannung an die beiden Elektroden des Halbleiterkörpers imWesentlichen ein Ausräumenvon Ladungsträgernder Kompensationszonen 4 und der diesen angrenzenden n-dotiertenBereiche 6 des Halbleiterkörpers 1 erfolgt, sinddie zusätzlichenDotierzonen 15 mit einer im Vergleich zu den Kompensationszonen 4 höheren Anzahlvon p-Ladungsträgerndotiert, so dass die zusätzlichenDotierzonen 15 bei Anlegen einer Sperrspannung an die Elektrodendes Halbleiterbauelements nicht vollständig ausgeräumt werden.
    [0042] DiezusätzlichenDotierzonen 15 sind weiterhin mit Hilfe der elektrischenVerbindungsleitung 16 mit der Source-Elektrode 10 elektrischverbunden. In der elektrischen Verbindungsleitung 16 befindetsich eine in Serie geschaltete Seriendiode 17, welche verhindert,dass bei Anlegen einer in Rückwärtsrichtung gepoltenFlussspannung p-Ladungsträgerin die zusätzlichenDotierzonen 15 injiziert werden. Die Seriendiode 17 istbeispielsweise unter Verwendung von Poly-Silizium aufgebaut undhat eine Durchbruchspannung von 10 V.
    [0043] Durchdie n+-dotierte Source-Zone 8,die p-dotierte Body-Zone 7 und die n-dotierte Drain-Zone desHalbleiterkörpers 1 wirdein parasitärerBipolartransistor gebildet. Eine Aktivierung des parasitären Bipolartransistorswird durch ein Abfangen von p-Ladungsträgern durch die zusätzlichenDotierzonen 15 verhindert, welche hierbei als JFET-Gatewirken.
    [0044] 2 zeigteine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelementmit einer Grabenstruktur. In 2 sind ein Ausführungsbeispielgemäß dem erstenGegenstand der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel gemäß dem zweitenGegenstand der Erfindung in einer Schnittdarstellung gezeigt. Inbeiden Ausführungsbeispielenist die Steuerelektrode als "Trench-Gate" ausgebildet. DasHalbleiterbauelement von 2 gleicht in seiner Abfolgevon dotierten Bereichen dem Halbleiterbauelement von 2,so dass zur Vermeidung von unnötigenWiederholungen lediglich die wesentlichen Unterschiede zwischenden in 1 und 2 gezeigten Halbleiterbauelementenbeschrieben werden.
    [0045] Indem in 2 gezeigten Halbleiterbauelement mit Grabenstruktursind im Halbleiterkörper 1 Gräben 18 ausgebildet.In diesen Gräben 18 istjeweils eine Kompensationszone 4, eine zusätzliche Dotierzone 15 undeine Gate-Elektrode 14 mit einem umgebenden Isoliermaterial 13 ausbeispielsweise Siliziumdioxid aufgenommen. Ein derartiger Aufbau hatden fertigungstechnischen Vorteil, dass die Kompensationszonen 4 undzusätzlichenDotierzonen 15 mittels lediglich einer einzigen Grabenätzung undanschließenderFüllungmit den gewünschtenDortiermaterialien hergestellt werden können. Die zusätzlichenDotierzonen 15 sind hierbei an dem der Source-Elektrode 10 zugewandtenEnde der Kompensationszonen 4 mit diesen verschmolzen,bzw. bilden mit diesen einen zusammenhängenden Bereich aus.
    [0046] Ander ersten Hauptoberfläche 2 desHalbleiterkörpers 1 sinddie Source-Zonen 8 ausgebildet, während angrenzend an die Source-Zonen 8 dieBody-Zonen 7 ausgebildet sind. Die Gräben 18 reichen vonder ersten Hauptoberfläche 2 desHalbleiterkörpers 1 durchdie Source-Zonen 8 und die Body-Zonen 7 hindurch,bis in die n-dotierte Driftzone des Halbleiterkörpers 1. Die p-dotiertenKompensationszonen sind derart dotiert, dass bei Anlegen einer Sperrspannungan das Halbleiterbauelement im Wesentlichen ein Ausräumen derLadungsträgerin den Kompensationszonen 4 und den angrenzenden n-dotiertenBereichen 6 des Halbleiterkörpers 1 erfolgt, während diezusätzlichenDotierzonen 15 demgegenüberstärkerdotiert sind, so dass bei Anlegen einer Sperrspannung an das Halbleiterbauelement keinAusräumenvon Ladungsträgernder zusätzlichenDotierzonen 15 erfolgt.
    [0047] Derin 2 links dargestellte Graben 18i entsprichteinem Ausführungsbeispielgemäß dem erstenGegenstand des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.Die in dem in 2 links dargestellten Graben 18 enthaltenezusätzlicheDotierzone 15 ist Teil einer gitterförmigen Ausbildung von zusätzlichenDotierzonen 15, welche überdie elektrische Verbindung 16 und einer in Serie geschaltetenSeriendiode 17 mit der Source-Elektrode 10 verbunden sind.
    [0048] Diein 2 mittig und rechts dargestellten Gräben 18 entsprechendeinem Ausführungsbeispiel gemäß dem zweitenGegenstand der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsformverschmelzen die zusätzlichenDotierzonen 15 im Wesentlichen flächendeckend miteinander. Diesführt dazu,dass die zusätzlichenDotierzonen 15 als Diode wirken, welche die Funktion derSeriendiode 17 in der elektrischen Verbindungsleitung 16 übernehmenkann. Dementsprechend weist die Verbindungsleitung 16 derzusätzlicheDotierzonen 15 mit der Source-Elektrode 10 inder in 2 gezeigten Ausführungsform gemäß dem zweitenGegenstand der vorliegenden Erfindung keine Seriendiode auf.
    [0049] Inden in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielenkönnendie angegebenen Leitfähigkeitstypen(n bzw. p) auch jeweils umgekehrt sein. Source- und Drain-Zonenkönnenalso p+-leitend sein, wenn die Driftzonep-leitend ist und die Body-Zone n-leitend ist. In diesem Fall sinddie Kompensationszonen n-leitend und die zusätzlichen Dotierzonen sind n+-leitend.
    [0050] 3 zeigtein Ersatzschaltbild eines herkömmlichenMOS-Feldeffekttransistorsmit Ladungskompensation. Zu sehen ist der MOS-Feldeffekttransistormit Source-Elektrode (S), Drain-Elektrode(D) und Gate-Elektrode (G), wobei die Source-Elektrode (S) und die Gate-Elektrode(G) übereinen Kurzschlusswiderstand (R) mit einem möglichst kleinen Widerstandswertkurzgeschlossen sind. Ferner ist der parasitäre Bipolartransistor (19)eingezeichnet, welcher sich aus der Abfolge der verschieden dotiertenBereiche ergibt. Die Kompensationszonen in der Driftzone des Halbleiterkörpers desMOS-Feldeffekttransistors bilden ein JFET-Gate (20), welchesmit der Basis des parasitärenBipolartransistors (19) elektrisch leitend verbunden ist.
    [0051] 4 zeigtein Ersatzschaltbild eines MOS-Feldeffekttransistors mit Ladungskompensationgemäß der vorliegendenErfindung. Zu sehen ist der MOS-Feldeffekttransistor (19)mit der Source-Elektrode (S), der Drain-Elektrode (D) und der Gate-Elektrode (G), wobeidie Source-Elektrode (S) und die Gate-Elektrode (G), im Unterschied zu dem in 3 gezeigtenErsatzschaltbild bezüglicheines herkömmlichenMOS-Feldeffekttransistors, nicht kurzgeschlossen sind. Ferner istder parasitäreBipolartransistor (19) eingezeichnet, welcher mit einer floatendenBasis versehen ist. Die Kompensationszonen in der Driftzone desHalbleiterkörpersdes MOS-Feldeffekttransistorsbilden ein JFET-Gate (20), welches mit der Source-Elektrode(S) elektrisch verbunden ist. In der Verbindungsleitung zwischen JFET-Gate(20) und der Source-Elektrode(S) ist eine Seriendiode geschaltet. In einem Halbleiterbauelementgemäß dem erstenGegenstand der vorliegenden Erfindung wird diese Diodenfunktiondurch eine zusätzlicheSeriendiode erfüllt,währendin dem Halbleiterbauelement gemäß dem zweitenGegenstand der vorliegenden Erfindung diese Diodenfunktion durchdie einander im Wesentlichen flächendeckend überlappendenzusätzlichenDotierzonen realisiert ist.
    [0052] DieErfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen eingeschränkt. Sokann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelementgrundsätzlich eineVertikal- oder Lateralstruktur haben. Für die Anordnung der Kompensationszonenist lediglich eine gestaffelte bzw. geschachtelte Anordnung vonaufeinander folgenden Zonen gleichen und komplementären Leitungstypswesentlich.
    1 Halbleiterkörper 2 ersteHauptoberfläche 3 zweiteHauptoberfläche 4 Kompensationszone 5 Zwischenabstand 6 n-dotierteBereiche des Halbleiterkörpers 7 Body-Zone 8 Source-Zone 9 Drain-Zone 10 Source-Elektrode 11 Erdung 12 Drain-Elektrode 13 Isolationsschicht 14 Gate-Elektrode 15 zusätzlicheDotierzone 16 Verbindungsleitung 17 Seriendiode 18 Graben 19 parasitärer Bipolartransistor 20 JFET-Gate
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement,welches umfasst: – einenHalbleiterkörper(1) mit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps(n), die eine erste Elektrode (10) umfasst, und einer zweitenAnschlusszone des ersten Leitungstyps (n), die eine zweite Elektrode(12) umfasst, – einezwischen der ersten und der zweiten Anschlusszone ausgebildetenKanalzone (7) eines zweiten Leitungstyps (p), welche gegenüber derersten Elektrode (10) elektrisch isoliert angeordnet ist, – eine benachbartzu der Kanalzone (7), elektrisch isoliert gegenüber demHalbleiterkörper(1) angeordnete Steuerelektrode (14), – eine Mehrzahlvon Kompensationszonen (4) des zweiten Leitungstyps (p),welche im Bereich zwischen der ersten Anschlusszone und der zweitenAnschlusszone mit einem Zwischenabstand (5) angeordnetsind, gekennzeichnet durch zusätzliche Dotierzonen (15) deszweiten Leitungstyps (p), welche jeweils in räumlicher Nähe zu einer Kompensationszone(4) des zweiten Leitungstyps (p) angeordnet sind und über einein Richtung zur ersten Anschlusszone hin leitenden Seriendiode (17)mit der ersten Anschlusszone elektrisch verbunden sind.
    [2] Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei welchemdie Seriendiode (17) eine Durchbruchspannung von maximal20 V, insbesondere bevorzugt maximal 10 V, aufweist.
    [3] Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement,welches umfasst: – einenHalbleiterkörper(1) mit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps(n), die eine erste Elektrode (10) umfasst, und einer zweitenAnschlusszone des ersten Leitungstyps (n), die eine zweite Elektrode(12) umfasst, – einezwischen der ersten und der zweiten Anschlusszone ausgebildetenKanalzone (7) eines zweiten Leitungstyps (p), welche gegenüber derersten Elektrode (10) elektrisch isoliert angeordnet ist, – eine benachbartzu der Kanalzone (7), gegenüber dem Halbleiterkörper (1)elektrisch isoliert angeordnete Steuerelektrode (14), – eine Mehrzahlvon Kompensationszonen (4) des zweiten Leitungstyps (p),welche im Bereich zwischen der ersten Anschlusszone und der zweitenAnschlusszone mit einem Zwischenabstand (5) angeordnetsind, gekennzeichnet durch zusätzliche Dotierzonen (15) deszweiten Leitungstyps (p), welche jeweils in räumlicher Nähe zu einer Kompensationszone(4) des zweiten Leitungstyps (p) angeordnet sind, wobeiangrenzende zusätzlicheDotierzonen sich im Wesentlichen flächendeckend überlappenund mit der ersten Elektrode (10) elektrisch verbundensind.
    [4] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Dotierzonen (15)auf der der ersten Elektrode (10) zugewandten Seite derKompensationszone (4) angeordnet sind.
    [5] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Dotierzone (15)einen Abstand von einer Kompensationszone (4) hat, welcher höchstensdem Zwischenabstand (5) der Kompensationszonen (4)entspricht.
    [6] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Dotierzone (15)und eine Kompensationszone (4) einen zusammenhängendenBereich formen.
    [7] Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass eine zusätzlicheZone (15) innerhalb der der ersten Elektrode zugewandten Hälfte einerKompensationszone (4) angeordnet ist.
    [8] Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass eine zusätzlicheDotierzone (15) an dem der ersten Elektrode (10)zugewandten Ende einer Kompensationszone (4) angeordnetist.
    [9] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,gekennzeichnet durch eine gitterförmige Ausbildung der zusätzlichenDotierzonen (15).
    [10] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zusätzlichen Dotierzonen (15) derAnzahl der Kompensationszonen (4) entspricht.
    [11] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei welchem die Anzahl der Ladungsträger des zweiten Leitungstyps(p) in den Kompensationszonen (15) so gewählt ist,dass bei Anlegen einer Sperrspannung ein im Wesentlichen vollständiges Ausräumen derLadungsträgerin den Kompensationszonen (15) erfolgt.
    [12] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei welchem die zusätzlichen Dotierzonen(15) stärkerdotiert sind als die Kompensationszonen (4).
    [13] Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehendenAnsprüche,bei welchem der Halbleiterkörper(1) eine erste Hauptoberfläche (2) und eine der erstenHauptoberflächeentgegengesetzte zweite Hauptoberfläche (3) aufweist,wobei die erste Anschlusszone an der ersten Hauptoberfläche unddie zweite Anschlusszone an der zweiten Hauptoberfläche ausgebildetsind, und an der ersten Hauptoberfläche eine Mehrzahl von Gräben (18)vorgesehen sind, wobei jeder Graben (18) eine Steuerelektrode (14),eine gegenüberder Steuerelektrode elektrisch isolierte zusätzliche Dotierzone (15),sowie eine Kompensationszone (4) aufnimmt.
    [14] Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, gekennzeichnetdurch eine säulenförmige Ausbildung derKompensationszonen (4).
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    同族专利:
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