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Die
Erfindung betrifft ein durch Feldeffekt steuerbares, vertikales
Halbleiterbauelement der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten
Art.
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Ein
derartiges, durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, bei
dem sich die Sourceelektrode an der Scheibenrückseite und die Drain- und Gateelektroden
an der Scheibenvorderseite befindet, ist auch als sogenannter Source-Down-Transistor oder Source-Down-MOSFET
bekannt und beispielsweise in der
DE 196 38 439 C2 beschrieben.
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1 der
Zeichnung zeigt einen in der
DE 196 38 439 C2 beschriebenen Source-Down-MOSFET.
Der Halbleiterkörper
1 bildet
bei dem dort dargestellten Halbleiterbauelement gleichzeitig die
an die Scheibenrückseite
3 angrenzende
Sourcezone
2. Auf die Sourcezone
2 ist in Richtung
der Scheibenvorderseite
7 nacheinander die Bodyzone
5 und
die an die Scheibenvorderseite
7 angrenzende Drainzone
6,
in die Drainkontaktzonen
8 eingebettet sind, angeordnet.
Das Halbleiterbauelement weist Gräben
10 auf, die von
der Scheibenvorderseite
7 von der Drainzone
6 über die
Bodyzone
5 bis in die Sourcezone
2 reichen. Die
in den Gräben
10 angeordneten
und über
ein Gateoxid
11 gegenüber
dem Halbleiterkörper
1 isolierten
Gateelektroden
12 ragen aus den Gräben
10 und damit aus
dem Halbleiterkörper
1 heraus
und bilden an der Scheibenvorderseite
7 in etwa nagelkopfförmige Feldplatten
12' aus. Der Abstand
a zweier benachbarter Gräben
10 beträgt hier
typischerweise etwa 1–10 μm.
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Im
Sperrbetrieb solcher vertikaler Halbleiterbauelemente können Spannungen
auftreten, die größer sind
als die Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements, wodurch ein
Drain/Source- Sperrstrom entsteht,
der aufgrund des ohmschen Widerstandes in der Bodyzone einen diesem
Widerstand entsprechenden Spannungsabfall verursacht. Übersteigt dieser
Spannungsabfall die Einschaltspannung des durch die Sourcezone und
die Bodyzone gebildeten pn-Übergangs,
so wird ein parasitärer
Bipolartransistor, dessen Emitter, Basis und Kollektor durch die Sourcezone,
Bodyzone und Drainzone gebildet wird, unerwünschterweise eingeschaltet.
Ein derartiges unerwünschtes
Einschalten ist als sogenannter "Latch-up"-Effekt bekannt.
Die parasitäre
Diode zwischen Sourcezone und Bodyzone wird dadurch veranlasst,
Elektronen in die Raumladungszone zu injizieren, was letztendlich
einen unerwünschten,
sogenannten Lawinendurchbruch verursacht. Tritt dieser Fall ein,
so sinkt die Sperrspannung des Halbleiterbauelements signifikant,
d. h. um etwa 30% bis 50%, wodurch das Halbleiterbauelement in der
Regel zerstört
wird.
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Wie
bei praktisch allen bekannten Source-Down-Transistorstrukturen ist
es zur Vermeidung eines solchen unerwünschten "Latch-up"-Effektes zwischen Sourcezone und Bodyzone
notwendig, die Sourcezone niederohmig an die Bodyzone anzukoppeln.
Dies kann beispielsweise durch einen elektrischen Kurzschluss zwischen
Sourcezone und Bodyzone realisiert werden, was in 1 mit
einer Kontaktverbindung 16 schematisch dargestellt wurde.
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Ein
wesentlicher Nachteil von Source-Down-Transistoren nach dem Stand
der Technik besteht darin, dass die Bodyzone in vergleichsweise kurzen
Abständen
von etwa 10 μm
mit der Sourcezone verbunden werden muss, um eine ausreichend niederohmige
Verbindung zwischen diesen Zonen zu gewährleisten und damit einen Latch-up-Effekt
zu vermeiden. Damit einhergehend ist jedoch ein unerwünscht hoher
spezifischer Einschaltwiderstand RON, der
aus dem für
solche Bauelemente größeren Platzbedarf
auf dem Halbleiterchip herrührt.
Halbleiterbauelemente mit derartig hohen Einschaltwiderständen sind
jedoch hinsichtlich deren Leistungsaufnahme häufig nicht akzeptabel.
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Hilfselektroden
zur Minimierung des Einschaltwiederstandes sind im Verbindung mit MOS-Transistoren
aus der
DE 198 54
915 C2 bekannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement
der eingangs genannten Art bereitzustellen, das einen möglichst
geringen spezifischen Einschaltwiderstand aufweist und bei dem Latch-up-Effekte
dennoch weitestgehend vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Demgemäss
ist ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement
vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch Hilfselektrodenbereiche,
die in den Drainzonen angeordnet sind und die im Sperrfall des Halbleiterbauelementes
Ladungsträger
aus der Drainzone absaugen.
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Im
Sperrbetrieb des Halbeiterbauelements werden in der Raumladungszone
zwischen Draingebiet und Bodygebiet drainseitig Elektronen-Loch-Paare
durch thermische Generation erzeugt. Die Elektronen werden von der
Drainkontaktzone abgesaugt, wohingegen die Löcher in die Bodyzone abfließen. Ist
die Bodyzone nicht oder sehr hochohmig an die Sourcezone angeschlossen,
so kann dies dazu führen,
dass die durch die Sourcezone und Bodyzone gebildete pn-Diode in
Flussrichtung gepolt wird. Es werden dadurch Elektronen in die Raumladungszane
der Drainzone injiziert. Durch Stoßionisation werden in der Drainzone
weitere Elektronen-Loch-Paare generiert, was zu dem bekannten Lawinendurchbruch
und somit zu einem unerwünschten "Latchen" der Halbleiterstruktur
führt.
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Durch
das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
mit einem oder mehreren in der Drainzone angeordneten Hilfselektrodenbereiche
werden nahezu alle Löcher
abgesaugt, so dass sie nicht oder nur in stark reduzierter Menge
in die Bodyzone gelangen können.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann
dar auf verzichtet werden, die Bodyzone niederohmig mit der Sourcezone
zu verbinden.
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Zweckmäßigerweise
sind die Hilfselektrodenbereiche elektrisch jeweils mit der Sourceelektrode
gekoppelt, so dass die Hilfselektrodenbereiche auf dem Potential
des Sourceanschluss liegen.
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Typischerweise
weisen die Hilfselektrodenbereiche dieselbe Dotierung wie die Bodyzonen
auf. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die
Hilfselektrodenbereiche eine sehr hohe Dotierung aufweisen. Jedoch
wäre es
auch denkbar, wenn die Hilfselektrodenbereiche ein Metall, ein Silizid
oder hochdotiertes Polysilizium enthalten.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung grenzen die Hilfselektrodenbereiche
unmittelbar an das Dielektrikum der Gräben an. Diese an das Dielektrikum angrenzenden
Hilfselektrodenbereiche können
an die Scheibenoberfläche
treten. Auf diese Weise wird das mitunter sehr empfindliche Gateoxid
bzw. Gatedielektrikum bei einem Spannungsdurchbruch vor Zerstörung geschützt. Es
ist hier nicht notwendig, dass die in den Gräben angeordneten Gateelektroden
nagelkopfartig aus der Scheibenoberfläche herausragen. Vielmehr reicht
es gemäss
einer herstellungstechnisch besonders einfachen und deshalb sehr
vorteilhaften Ausführungsform
aus, wenn die Gateelektroden ausschließlich innerhalb der Gräben angeordnet
sind. Diese Ausgestaltung bietet insbesondere in Bezug auf die Herstellungskosten
Vorteile.
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Weiterhin
wäre es
auch denkbar, dass die Hilfselektrodenbereiche zumindest teilweise
auch unmittelbar an die Bodybereiche angrenzen.
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Die
erfindungsgemäßen Hilfselektrodenbereiche
ermöglichen,
dass deren Anschlüsse
in der Ebene der Scheibenvorderseite einen Abstand von 100 bis 1000 μm zueinander
aufweisen. Solch große Abstände fallen
bei einem gattungsgemäßen Halbleiterbauelement
flächenmäßig jedoch
nicht weiter in Gewicht. Auf diese Weise lässt sich ein Chipflächen sparendes
Design angeben, was wiederum aus Kostengründen vorteilhaft ist.
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Für den Fall,
dass die Drainzonen n-dotiert sind, werden von den Hilfselektrodenbereichen
Löcher
abgesaugt, im anderen Fall bei p-dotierten Drainzonen werden Elektronen
abgesaugt.
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Die
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente
sind vorteilhafterweise als MOSFETs ausgebildete Source-Down-Bauelemente,
jedoch wären auch
andere Bauelemente, wie zum Beispiel IGBTs, Thyristoren oder ähnliche
Halbleiterbauelemente denkbar.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Hilfselektrodenbereiche über einen
extern ausgebildeten Kurzschluss mit der Source-Elektrode elektrisch
verbunden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die
Hilfselektrodenbereiche über
Kurzschlussbereiche des ersten Leitungstyps, die innerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet
sind, mit der Sourcezone elektrisch leitend verbunden. Typischerweise
sind diese die Hilfselektrodenbereiche und Sourcezone miteinander
verbindenden Kurzschlussbereiche außerhalb des Zellenfeldes des Halbleiterbauelementes,
vorzugsweise im Randbereich des Halbleiterbauelementes, angeordnet.
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Über die
wie in den beiden vorstehenden Absätzen beschriebenen externen
und/oder internen Kurzschlüsse
lassen sich die Hilfselektrodenbereiche mit dem Potential der Sourcezone
beaufschlagen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Hilfselektrodenbereiche
innerhalb des Halbleiterkörpers
im wesentlichen in vertikaler und/oder im wesentlichen in horizontaler
Richtung angeordnet. Jedoch können
die Hilfselektrodenbereiche selbstverständlich innerhalb der Drainzonen
beliebig angeordnet sein.
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Im
Falle von im wesentlichen vertikal ausgerichteten Hilfselektrodenbereiche
sind vorteilhafterweise keine Feldplatten für die Gateelektroden erforderlich,
da bereits die vertikalen Hilfselektrodenbereiche den Schutz des
Gateoxids sicherstellen können.
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Im
Falle von im wesentlichen in horizontaler Richtung angeordneten
Hilfselektrodenbereiche weisen die Gateelektroden vorteilhafterweise
Feldplatten auf. Die Feldplatten ragen dabei typischerweise nagelkopfförmig aus
den Gräben
heraus und überdecken
dabei zumindest teilweise die sourceseitige Oberfläche des
Halbleiterbauelementes. Durch die nagelkopfförmige Querschnittsform der
Gateelektroden wird mithin vermieden, dass das maximal zulässige elektrische
Feld im Gateoxid bei Anlegen der maximalen Drainspannung überschritten
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt dabei:
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1 in
einem Teilschnitt einen sogenannten Source-Down-MOSFET nach dem Stand der Technik;
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2 in
einem Teilschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, als
MOSFET ausgebildeten Source-Down-Transistors;
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3 in
einem Teilschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Source-Down-Transistors;
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4 in
einem Teilschnitt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Source-Down-Transistors;
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5 in
einem Teilschnitt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Source-Down-Transistors;
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6 in
perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes
entsprechend 5;
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7 in
einem Teilschnitt ein Ausführungsbeispiel
zur Realisierung eines internen Kurzschlusses zwischen den Hilfselektrodenbereichen
und der Sourcezone;
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8 die
Draufsicht eines MOSFETs entsprechend 2 in der
Ebene der Scheibenoberfläche.
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In
allen Figuren der Zeichnung wurden gleich bzw. funktionsgleiche
Elemente – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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2 zeigt
in einem Teilschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen als MOSFET
ausgebildeten Source-Down-Transistors mit Hilfselektroden.
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In 2 ist
mit 1 ein Halbleiterkörper – beispielsweise
aus Silizium – bezeichnet.
Der Halbleiterkörper 1 weist
eine n+ dotierte Sourcezone 2 auf. Die Sourcezone 2 ist
an einer ersten Oberfläche 3 (Scheibenrückseite)
großflächig mit
einer Source-Metallisierung 4 (Sourceelektrode) kontaktiert.
An der der Sourceelektrode 4 entgegengesetzten Seite der
Sourcezone 2 ist nacheinander eine (oder mehrere) p-dotierte
Bodyzone 5 sowie eine (oder mehrere) n-dotierte Drainzone 6 aufgebracht.
Die Bodyzone 5 und Drainzone 6 können in
bekannter Art und Weise durch Ionen-Implantation oder Diffusion
in den Halbleiterkörper 1 eingebracht
und/oder durch Epitaxie auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht
werden. An einer zweiten Oberfläche 7 des
Halbleiterkörpers 1 sind
n+ dotierte Drain-Kontaktzonen 8 in
die Drainzonen 6 eingebettet. Die Drain-Kontaktzonen 8 sind jeweils über Drain-Metallisierungen 9 (Drainelektrode)
kontaktiert. Die Drain-Kontaktzonen 8 dienen dem Zweck
eines möglichst
guten, das heißt
ohmschen Kontaktes zwischen der Drain-Metallisierung 9 und
dem Halbleiterkörper 1.
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An
der zweiten Oberfläche 7 sind
ferner Gräben 10 in
den Halbleiterkörper 1 derart
eingebracht, dass diese von den Drainzonen 6 über die
Bodyzonen 5 bis in die Sourcezone 2 hinein reichen.
In einem Graben 10 ist jeweils eine Gateelektrode 12 angeordnet,
die über
ein Dielektrikum 11 von den Wandungen 13 der Gräben 10 beabstandet
und isoliert ist. Ferner ist die Gateelektrode 12 gegenüber dem Halbleiterkörper 1 sowie
gegenüber
der Drain-Metallisierung 9 über ein weiteres Dielektrikum 18,
z. B. Siliziumdioxid, isoliert.
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Die
im Bereich der Bodyzone 5 an die Wandungen 13 der
Gräben 10 angrenzenden
Bereiche definieren eine Kanalzone 14. Im eingeschalteten Zustand
des Halbleiterbauelementes kann sich im Bereich der Kanalzone 14 ein
stromführender
Pfad ausbilden.
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Auf
diese Weise wird ein vertikales, sogenanntes Source-Down-Halbleiterbauelement
gebildet, bei dem der Source-Anschluss S sich an der Scheibenrückseite 3 befindet
und mit der Sourceelektrode 4 verbunden ist und der Gate-Anschluss
G und Drain- Anschluss
D an der Scheibenvorderseite 7 angeordnet sind und jeweils
mit der Gateelektrode 12 und der Drainelektrode 9 verbunden
sind.
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Die
Gräben 10 können in
bekannter Weise, beispielsweise durch ein sogenanntes "Deep-Trench"-Verfahren, in den
Halbleiterkörper 1 eingeätzt werden.
Anschließend
kann eine thermische Oxidation zur Bildung des typischerweise als
Gateoxid ausgebildeten Dielektrikums 11 durchgeführt werden.
In die Gräben 10 wird
anschließend
hochdotiertes Polysilizium zur Bildung der Gateelektroden 12, beispielsweise
durch Abscheiden, eingebracht. Für die
Gateelektroden 12 kann jedoch auch ein anderes Material,
beispielsweise ein Metall oder ein Silizid, zum Einsatz kommen,
wenngleich diese Materialien herstellungstechnisch und aufgrund
deren physikalischen und elektrischen Eigenschaften nicht so vorteilhaft
sind wie hochdotiertes Polysilizium. Gleichsam kann als Dielektrikum 11 statt
Siliziumdioxid (SiO2) auch jedes andere
isolierende Material, beispielsweise Siliziumnitrit (Si3N4) oder auch ein Vakuum, Verwendung finden,
jedoch ist thermisch hergestelltes Siliziumdioxid als Gateoxid qualitativ
am hochwertigsten und deshalb vorzuziehen.
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Erfindungsgemäß sind im
Bereich der Drainzone 6 an den Wandungen 13 der
Gräben 10 angrenzende
p+ dotierte Hilfselektrodenbereiche 15 vorgesehen. Diese
Hilfselektrodenbereiche 15, die an die Gräben 10 und
somit an das Dielektrikum 11 angrenzen, sind über Hilfselektrodenanschlüsse H elektrisch
angeschlossen. Vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise,
sind die Hilfselektrodenanschlüsse
H elektrisch mit dem Source-Anschluss S an der Scheibenrückseite 3 verbunden,
so dass die Hilfselektrodenbereiche 15 das Sourcepotential
aufweisen.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 grenzen
die Hilfselektrodenbereiche 15 zwar an die Gräben 10 an,
jedoch ist dies nicht zwingend notwendig, sondern sie können mehr
oder weniger beliebig in der Nähe
der Gräben 10 bzw.
auch in der Nähe
der Bodyzone 5 angeordnet sein. Drei weitere Ausführungsbeispiele
von Source-Down-Halbleiterbauelementen, bei denen die Hilfselektrodenbereiche 15 auf
andere Weise angeordnet sind, sind in den 3 bis 5 dargestellt.
In 3 sind die Hilfselektrodenbereiche 15 zusätzlich noch
an die Bodyzonen 5 angeschlossen. Gemäß 4 sind die
Hilfselektrodenbereiche 15 zwar von den Wandungen 13 der Gräben 10 beabstandet,
jedoch in unmittelbarer Nähe
zu diesen angeordnet. In 2 bis 4 sind die
Hilfselektrodenbereiche 15 im wesentlichen vertikal ausgrichtet.
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5 zeigt
in einem Teilschnitt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Source-Down-Transistors.
Dort sind die Hilfselektrodenbereiche 15 innerhalb der
Drainzone 6 im wesentlichen horizontal ausgerichtet und
in unmittelbarer Nähe
zur Bodyzone 5 angeordnet. In 5 erstrecken
sich die Hilfselektrodenbereiche 15 somit im wesentlichen
horizontal und nahezu über
die gesamte Breite einer Zelle bzw. der Drainzonen 6 des
Halbleiterbauelementes.
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In 5 sind
die Hilfselektrodenbereiche 15 als durchgehende Schicht
dargestellt, jedoch ist dies nicht zwingend notwendig; vielmehr
können
die Hilfselektrodenbereiche 15 mehr oder weniger, beispielsweise
rasterförmig,
unterbrochen sein. An dieser Stelle sei daraufhingewiesen, dass
auch die vertikal sich in die Tiefe des Halbleiterkörpers 1 erstreckenden
Hilfselektrodenbereiche 15 gemäß der 2 bis 4 mehr
oder weniger unterbrochen angeordnet sein können.
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6 zeigt
in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes
entsprechend 5. Die Zellen des Halbleiterbauelementes
sind hier streifenförmig
angeordnet. Allerdings sei die Erfindung nicht ausschließlich auf
ein Halbleiterbauelelement beschränkt, dessen Zellen streifenförmig bzw.
mehr oder weniger parallel zueinander angeordnet sind. Vielmehr
ist die Erfindung sehr vorteilhaft auf alle möglichen Halbleiterbauelemente
mit runden, ovalen, quadratischen, rechteckförmigen, hexagonalen, etc. oder
mehr oder weniger unregelmäßigen Zellendesign
anwendbar. Die Erfindung ist darüber
hinaus nicht ausschließlich auf
in einem Zellenfeld angeordnete Halbleiterbauelemente beschränkt, sondern
kann auch bei diskreten oder Einzelhalbleiterbauelelementen, wie
z. B. einem einzelnen Transistor, sehr vorteilhaft angewendet werden.
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Vorteilhafterweise
weisen die Hilfselektrodenbereiche 15 das Potential der
Source-Elektrode 4 auf. Dies kann beispielsweise durch
einen externen Kurzschluss erreicht werden, der in 6 symbolisch
mit einer mit Bezugszeichen 19 versehen Verbindung dargestellt
wurde.
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7 zeigt
ein alternatives, eleganteres Ausführungsbeispiel, die Hilfselektrodenbereiche 15 mit
dem Potential der Source-Elektrode 4 zu beaufschlagen.
Es wurde hier ein Halbleiterbauelement entsprechend 6 mit
einem Schnitt entlang der Gerade A-A' dargestellt. Hierbei werden vorzugsweise
außerhalb
des Zellenfeldes, insbesondere im Randbereich des Halbleiterbauelementes,
die Hilfselektrodenbereiche 15 mit der Sourcezone 2 kurzgeschlossen.
Dieser Kurzschluss erfolgt hier innerhalb des Halbleiterkörpers 1 mittels
Kurzschlussbereiche 20 vom selben Leitungstyp wie die Sourcezone 2 und die
Hilfselektrodenbereiche 15. Die Kurzschlussbereiche 20,
die durch die Bereiche der Drainzone 6 gebildet werden,
jedoch p-dotiert
sind, verbinden die Sourcezone 2 und die Hilfselektrodenbereiche 15 elektrisch
miteinander. 7 zeigt in einem Teilschnitt
entlang der Gerade A-A' entsprechend 6 die
Realisierung eines derartigen internen Kurzschlusses.
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In
den vorliegenden Ausführungsbeispielen gemäß der 2 bis 7 sind
die Hilfselektrodenbereiche 15 stark p-dotiert. Es wäre selbstverständlich auch
denkbar, dass die Hilfselektrodenbereiche 15 eine geringere
Dotierung derart aufweisen, dass sich über die Dotierungskonzentration
gezielt eine geeignete Sperrfähigkeit
einstellen lässt.
Darüber
hinaus wäre
auch denkbar, dass die Hilfselektrodenbereiche 15 ein anderes
Material, beispielsweise hochdotiertes Polysilizium, ein Silizid,
ein Metall oder ein ähnlich
leitendes Material, enthalten.
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Nachfolgend
wird die Herstellung und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes
anhand von 2 näher beschrieben: Wird eine
positive Spannung an die Gateelektroden 12 angelegt, dann
bildet sich innerhalb der Bodyzone 5 eine Kanalzone 14 aus,
die je nach angelegter Spannung mehr oder weniger n-leitend ist.
Wird der Drainanschluss D auf positives Potential gelegt, dann bildet
sich ein Strompfad von der Sourcezone 2 über den
sich ausgebildeten Kanal 14 zu den Drainzonen 6 aus.
Die Dicke der Bodyzone 5 ist hier ein Maß für die Kanallänge. Der
effektive Weg der Elektronen in der Drainzone 6 entspricht
der Driftstrecke und ist somit ein Maß für die Spannungsfestigkeit des
Halbleiterbauelementes. Die Ausdehnung und die Dotierungskonzentration
der Bodyzone 5 kann beispielsweise bei dessen Herstellung,
also bei der Epitaxie oder Diffusion, durch die Wahl der Prozessparameter so
eingestellt werden, dass die Einsatzspannung und die Kanallänge der
MOSFETs genau einstellbar ist. Bei der Dimensionierung der Sourcezone 2 ist
darauf zu achten, dass dessen Dotierungskonzentration möglichst
hoch ist, um so eine möglichst
niederohmige Verbindung zur Scheibenrückseite 3 zu gewährleisten.
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Im
ausgeschalteten, dass heißt
im gesperrten Zustand des Halbleiterbauelementes kann durch die
Hilfselektrodenbereiche 15 gewährleistet werden, dass überschüssige Löcher in
der Drainzone 6 quasi zielgerichtet in Richtung der Hilfselektrodenbereiche 15 abgesaugt
werden (in 2 mit Bezugszeichen 17 dargestellt).
Diese Löcher
können
dadurch nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil in die Bodyzone 5 gelangen.
Durch die Verwendung der Hilfselektrodenbereiche 15 kann
somit auf eine niederohmige Verbindung bzw. einen Kurzschluss zwischen der
Bodyzone 5 und der Sourcezone 2 verzichtet werden,
wobei dennoch ein unerwünschtes "Latchen" des Halbleiterbauelement
vermieden wird.
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Der
Löcheranteil
des in der Raumladungszone entstehenden Sperrstromes wird also zum
größten Teil
von den Hilfselektroden 15 abgesaugt, so dass die Basis
des parasitären
Bipolartransistors, dass heißt
die floatende Bodyzone 5, bei einer gleichen Sperrspannung
mit einem deutlich geringerem Strom angesteuert wird. Da innerhalb
der Bodyzone 5 also deutlich weniger Ladungsträger vorhanden sind,
als dies bei Halbleiterbauelementen nach dem Stand der Technik der
Fall ist, beginnt der parasitären Bipolartransistors
und damit die gesamte Halbleiterstruktur erst bei wesentlich höheren Sperrspannungen
zu latchen.
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Die
Abstände
und Dotierungsprofile werden vorteilhafterweise derart eingestellt,
dass ein Spannungsdurchbruch nicht wie bei einer Halbleiterstruktur
gemäss
dem Stand der Technik zwischen der Drainzone 6 und der
Bodyzone 5, sondern vielmehr zwischen der Drainzone 6 und
den Hilfselektrodenbereichen 15 zustande kommt. Ein derartiger
Spannungsabfall in den Hilfselektrodenbereichen 15 ist hier
unkritisch, so dass die Abstände
b für einen
Anschluss der Hilfselektrode H sehr groß sein können. Zur Verdeutlichung zeigt 8 in
einer Draufsicht in der Ebene der Scheibenvorderseite 7,
wie und mit welchen Abständen
die Hilfselektrodenbereiche 15 elektrisch miteinander verschaltet
werden können. Typische
Abstände
b bewegen sich im Bereich von 100 bis 1000 μm. Derartige große Abstände fallen
jedoch flächenmäßig nicht
besonders ins Gewicht.
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Die
Hilfselektrodenbereiche 15 dienen darüber hinaus auch dem Schutz
des Gateoxids 12 vor Spannungsdurchbrüchen, die normalerweise zur Zerstörung des
Gateoxids 12 und somit zum Ausfall des gesamten Halbleiterbauelementes
führen
kann. Gegenüber
der Source-Down-Struktur gemäss
dem Stand der Technik (siehe 1) sind
bei der erfindungsgemäßen Struktur
entsprechen der 2 – 4, dass
heißt
also bei im wesentlichen vertikalen ausgerichteten Hilfselektrodenbereiche 15,
keine Feldplatten 12' für die Gateelektroden 12 erforderlich,
da bereits die vertikalen Hilfselektrodenbereiche 15 den
Schutz des Gateoxids 11 sicherstellen können. Es reicht hier also,
dass die Gateelektroden 12 gänzlich innerhalb der Gräben 10 angeordnet
sind. Neben der herstellungstechnisch einfachen Herstellung ist
damit auch eine höhere
Integrationsdichte und somit eine bessere Ausnutzung der Chipfläche möglich.
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Die
Erfindung sei nicht ausschließlich
auf die Ausführungsbeispiele
gemäß der
2 bis
8 beschränkt. Vielmehr
können
dort beispielsweise durch Austauschen der Leitfähigkeitstypen n gegen p eine
Vielzahl neuer Bauelementvarianten angegeben werden. Bezüglich weiterer
Ausführungsbeispiele wird
auch auf die eingangs erwähnte
DE 198 38 439 C2 verwiesen,
die vollinhaltlich in die vorliegende Patentanmeldung mit einbezogen
wird.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere bei sogenannten, als MOSFETs
ausgebildeten Source-Down-Transistoren. Jedoch sei die Erfindung nicht
auf MOSFETs beschränkt,
sondern kann im Rahmen der Erfindung auf beliebige Halbleiterbauelemente, beispielsweise
JFETs, IGBTs und dergleichen, erweitert werden.
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Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass durch das Einfügen von Hilfselektrodenbereiche
bei Source-Down-Transistoren
auf einfache, jedoch nichts desto trotz sehr effektive Weise auf
eine niederohmige Verbindung zwischen Source und Body verzichtet
werden kann, ohne dass gleichzeitig die bei Halbleiterbauelementen
nach dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile einer geringen Chipflächenausnutzung
bzw. eines geringen Einschaltwiderstandes in Kauf genommen werden müssten.
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Die
vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Beschreibung
so dargelegt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktische
Anwendung bestmöglich
zu erklären.
Selbstverständlich lässt sich
die vorliegende Erfindung im Rahmen des fachmännischen Handels und Wissens
in geeigneter Weise in mannigfaltigen Ausführungsformen und Abwandlungen
realisieren.
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- 1
- Halbleiterkörper
- 2
- Sourcezone
- 3
- erste
Oberfläche,
Scheibenrückseite
- 4
- Sourceelektrode,
Source-Metallisierung
- 5
- Bodyzone
- 6
- Drainzone
- 7
- zweite
Oberfläche,
Scheibenvorderseite
- 8
- Drain-Kontaktzonen
- 9
- Drainelektrode,
Drain-Metallisierung
- 10
- Gräben
- 11
- Dielektrikum,
Gateoxid
- 12
- Gateelektrode
- 12'
- Feldplatte
(an der Gateelektrode)
- 13
- Wandungen
- 14
- Kanalzone
- 15
- Hilfselektrodenbereiche
- 16
- elektrischer
Kurzschluss zwischen Sourcezone
-
- und
Bodyzone
- 17
- Spannungsdurchbruch,
Löcherstromrichtung
- 18
- weiteres
Dielektrikum
- 19
- externer
Kurzschluss
- 20
- Kurzschlussbereiche,
interner Kurzschluss
- S
- Source-Anschluss
- G
- Gate-Anschluss
- D
- Drain-Anschluss
- H
- Hilfselektroden-Anschluss
- a
- Abstand
benachbarter Gräben
- b
- Abstand
der Hilfselektroden-Metallisierung