DE10060428A1

DE10060428A1 - Mittels Feldeffekt steuerbares in beide Richtungen sperrendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10060428A1
Application number: DE10060428A
Authority: DE
Inventors: Jenoe Tihanyi
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: DE10060428B4; US6686625B2; US20020093049A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterkörper mit einer ersten Anschlusszone (20), einer zweiten Anschlusszone (30) und einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) ausgebildeten Kanalzone (40) aufweist. Benachbart zu der Kanalzone (40) ist eine Steuerelektrode (50A, 50B, 50C) isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) ausgebildet. Um eine Reduktion der Spannungsfestigkeit durch einen parasitären Bipolartransistor zu verhindern, ist in der Kanalzone (40) und der zweiten Anschlusszone (30) eine Rekombinationszone (80A, 80B, 80C) aus einem der Rekombination von Ladungsträgern des ersten und zweiten Leitungstyps fördernden Materials angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Mittels Feldeffekt steuerbare Halbleiterbauelemente, bei spielsweise MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect- Transistor), sind zum Schalten von Strömen, bzw. zum Anlegen von Spannungen an Lasten, hinlänglich bekannt. Derartige Bau elemente weisen einen Halbleiterkörper mit ersten und zweiten dotierten Anschlusszonen und einer komplementär zu den ersten und zweiten Anschlusszonen dotierten Kanalzone, die zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone ausgebildet ist, auf. Isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper ist dabei eine Steu erelektrode ausgebildet, die sich benachbart zu der Kanalzone zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone erstreckt. Bei MOSFET bilden die ersten und zweiten Anschlusszonen Source- und Drain-Zonen des Bauelements. Die Kanalzone wird auch als Body-Bereich des Bauelements bezeichnet.

Abhängig davon, ob die Source- und Drain-Zonen an einer Seite des Halbleiterkörpers oder an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers kontaktiert sind, unterscheidet man MOSFET in lateraler Bauweise oder MOSFET in vertikaler Bauweise. In Stengl/Tihanyi: "Leistungs-MOS-FET-Praxis", Pflaum Verlag München, 1992, Seite 36 Bild 2.2.1B, ist ein vertikaler MOS- FET beschrieben, bei welchem eine stark n-dotierte Drain- Zone, eine p-dotierte Kanalzone und eine stark n-dotierte Source-Zone übereinander angeordnet sind. Zwischen der stark n-dotierten Drain-Zone und der Kanalzone ist des weiteren ei ne schwächer n-dotierte Driftzone ausgebildet. Die Source- Zone und die Drain-Zone sind an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterkörpers kontaktiert und mehrere Gate-Elektroden erstrecken sich in Gräben des Halbleiterkörpers von der Sour ce-Zone durch die Kanalzone bis in die Driftzone, wobei die Gate-Elektroden durch Schichten eines Isolationsmaterials gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert sind. In Bild 2.1, auf Seite 29 der genannten Veröffentlichung ist ein MOSFET in lateraler Bauweise beschrieben, bei welchem stark n-dotierte Wannen beabstandet in dem Halbleiterkörper angeordnet sind, die als Source-Zone und Drain-Zone des Bauelements dienen. Isoliert durch eine Oxidschicht ist auf dem Halbleiterkörper eine Gate-Elektrode angeordnet, die sich in lateraler Rich tung von der Source-Zone bis an die Drain-Zone erstreckt.

Durch die Abfolge der in den beschriebenen Bauelementen vor handenen unterschiedlich dotierten Zonen, nämlich einer Sour ce-Zone und einer Drain-Zone desselben Leitungstyps und einer komplementär zu der Source-Zone und der Drain-Zone dotierten Kanalzone ist bei derartigen Elementen stets ein parasitärer Bipolartransistor vorhanden, wobei dessen Basis durch die Ka nalzone und wobei dessen Emitter/Kollektor durch die Source- Zone/Drain-Zone gebildet sind. Um Auswirkungen dieses parasi tären Bipolartransistors auf die Spannungsfestigkeit des Bau elements zu verhindern, ist es üblich, die Source-Zone und die Kanalzone kurzzuschließen, wie dies auch den oben be schriebenen Ausführungsbeispielen von MOSFET nach dem Stand der Technik zu entnehmen ist.

Würden die Source-Zone und die Kanalzone nicht kurzgeschlos sen, könnten sich während des Betriebs, d. h. bei Anlegen ei nes Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode und bei Anlegen einer Flussspannung zwischen der Drain-Zone und der Source- Zone, Ladungsträger in der Kanalzone ansammeln, die den para sitären Bipolartransistor aktivieren würden, woraus eine er hebliche Reduktion der Spannungsfestigkeit des MOSFET resul tiert. Die Spannungsfestigkeit eines derartigen MOSFET in Drain-Source-Richtung beträgt etwa nur noch 1/3 der Span nungsfestigkeit eines MOSFET mit kurzgeschlossener Kanal- und Source-Zone, bei dem der Kurzschluss bewirkt, dass sich die Source-Zone und die Kanalzone stets auf dem selben Potential befinden, so dass sich keine Ladungsträger in der Kanalzone ansammeln können.

Das Kurzschließen der Source-Zone mit der Kanalzone hat al lerdings den Nachteil, dass das Bauelement nur noch in einer Richtung, der Drain-Source-Richtung, die üblicherweise als Vorwärtsrichtung bezeichnet ist, sperren kann, während er bei Anlegen einer Flussspannung in Source-Drain-Richtung (Rück wärtsrichtung) wie eine Diode leitet.

Bei vielen Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, ein mit tels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement einzusetzen, das in beide Richtungen sperren kann, wenn kein Ansteuerpo tential anliegt. Bei den herkömmlichen MOSFET mit Kurzschluss zwischen Source-Zone und Kanalzone kann dies nur durch auf wendige zusätzliche Schaltungsmaßnahmen erreicht werden.

In der EP 0 656 661 B1 ist vorgeschlagen, den Kurzschluss durch eine leitende Verbindung mit einem Widerstand zu erset zen, um den Spannungsabfall über dem Bauteil bei Anlegen ei ner Spannung in Rückwärtsrichtung zu erhöhen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein mittels Feldef fekt steuerbares Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stel len, das in beiden Richtungen sperrt und das mit bekannten Mitteln einfach zu realisieren ist.

Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen Halb leiterkörper mit einer ersten und zweiten Anschlusszone eines ersten Leitungstyps und einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone ausgebildeten Kanalzone eines zweiten Leitungs typs auf. Benachbart zu der Kanalzone ist isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper eine Steuerelektrode angeordnet. Des weiteren ist in der Kanalzone und der zweiten Anschlusszone eine Rekombinationszone ausgebildet, die ein die Rekombinati on von Ladungsträgern des ersten und zweiten Leitungstyps förderndes Material aufweist.

Ein Kurzschluss zwischen einer der beiden Anschlusszonen und der Kanalzone ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauele ment nicht vorhanden. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauele ment sperrt damit in beiden Richtungen. Die Rekombinationszo ne in der Kanalzone verhindert, dass ein parasitärer Bipo lartransistor, der durch die Abfolge der ersten Anschlusszone des ersten Leitungstyps, der zweiten Anschlusszone des zwei ten Leitungstyps und der zweiten Anschlusszone des ersten Leitungstyps gebildet ist, aktiviert wird. Die Rekombinati onszone bewirkt nämlich, dass Ladungsträger des zweiten Lei tungstyp, die in die Kanalzone injiziert werden an der Ober fläche der Rekombinationszone mit Ladungsträgern des ersten Leitungstyps rekombinieren, wodurch eine Anhäufung von La dungsträgern des zweiten Leitungstyps in der Kanalzone ver hindert wird.

Die Rekombinationszone besteht vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Platin, oder einem Nitrid.

Vorzugsweise sind die erste Anschlusszone, die Kanalzone und die zweite Anschlusszone in dem Halbleiterkörper übereinander angeordnet. Die Steuerelektrode ist bei dieser Ausführungs form in einem Graben des Halbleiterkörpers ausgebildet, der sich ausgehend von einer Oberfläche des Halbleiterkörpers durch die zweite Anschlusszone und die Kanalzone bis in die erste Anschlusszone erstreckt.

Zwischen der ersten Anschlusszone und der Kanalzone kann wei terhin eine schwächer als die erste Anschlusszone dotierte Driftzone des ersten Leitungstyps ausgebildet sein, wobei sich die Steuerelektrode bei dieser Ausführungsform nur bis in diese Driftzone erstreckt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Rekombinationszone in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der Oberfläche des Halblei terkörpers durch die zweite Anschlusszone bis in die Kanalzo ne erstreckt. Die Rekombinationszone ist dabei in einem sich in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Graben angeord net, wobei dieser Graben vollständig mit Rekombinationsmate rial aufgefüllt sein kann oder wobei nur die dem Halbleiter körper zugewandten Seitenflächen des Grabens mit Rekombinati onsmaterial bedeckt sind und der Graben im übrigen mit einem weiteren Material beispielsweise einem Isolationsmaterial aufgefüllt ist sind. Die Rekombinationszone kann nach oben mit einer Oberfläche des Halbleiterkörpers abschließen oder sie kann unterhalb der Oberfläche des Halbleiterkörpers in dem Graben enden.

Die zweite Anschlusszone weist vorzugsweise einen ersten do tierten Bereich und einen zweiten dotierten Bereich auf, wo bei der zweite dotierte Bereich stärker als der erste dotier te Bereich dotiert und beabstandet zu der Rekombinationszone angeordnet ist. Zwischen dem zweiten dotierten Bereich und der Rekombinationszone ist dabei ein Teil des schwächer do tierten ersten Bereichs ausgebildet. Der zweite stärker do tierte Bereich ist vorzugsweise im Anschluss an die Isolati onsschicht der Steuerelektrode ausgebildet und mittels einer Anschlusselektrode kontaktiert.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerba ren Halbleiterbauelements, bei dem zunächst ein Halbleiter körper mit einer ersten Anschlusszone eines ersten Leitungs typs, einer zweiten Anschlusszone des ersten Leitungstyps und einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone ausgebildeten Kanalzone eines zweiten Leitungstyps bereitgestellt wird, wobei die ersten Anschlusszone, die Kanalzone und die zweite Anschlusszone übereinander in dem Halbleiterkörper an geordnet sind. Nachfolgend wird isoliert gegenüber dem Halb leiterkörper eine Steuerelektrode hergestellt, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers in den Halbleiter körper hinein erstreckt. Des weiteren wird eine Rekombinati onszone hergestellt, die sich in vertikaler des Halbleiter körpers durch die zweite Anschlusszone bis in die Kanalzone erstreckt.

Der bereitgestellte Halbleiterkörper kann zusätzlich eine schwächer als die erste Anschlusszone dotierte Driftzone des ersten Leitungstyps aufweisen, die zwischen der ersten An schlusszone und der Kanalzone ausgebildet ist. Ist eine der artige Driftzone vorhanden, so wird die Steuerelektrode so hergestellt, dass sie sich von der ersten Anschlusszone durch die Kanalzone bis in die Driftzone erstreckt.

Zur Herstellung der Steuerelektrode wird ein Graben in dem Halbleiterkörper erzeugt, wobei anschließend eine Isolations schicht auf freiliegende Bereiche des Halbleiterkörpers in den Graben aufgebracht wird. Danach wird ein Elektrodenmate rial in den Graben eingebracht und anschließend mit einer Isolationsschicht abgedeckt.

Zur Herstellung der Rekombinationszone wird ebenfalls ein Graben in dem Halbleiterkörper erzeugt. Dieser Graben wird gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem die Rekombination von Ladungsträgern des ersten und zweiten Leitungstyps fördernden Materials aufgefüllt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Rekombinationszone ist vorgesehen, den Graben nicht voll ständig mit Rekombinationsmaterial aufzufüllen sondern nur freiliegende Flächen des Halbleiterkörpers in dem Graben mit Rekombinationsmaterial zu bedecken. Der Graben kann dann im übrigen mit einem anderen Material, beispielsweise einem Iso lationsmaterial aufgefüllt werden.

Um die Rekombinationszone in dem Graben nach oben hin zu iso lieren wird vorzugsweise eine Isolationsschicht auf die Ober fläche des Halbleiterkörpers aufgebracht, die den Graben und an den Graben anschließende Bereiche der zweiten Anschlusszo ne überdeckt. Diese Isolationsschicht dient auch als Maske für einen nächsten Verfahrensschritt, bei dem eine stark do tierte Zone in der zweiten Anschlusszone erzeugt wird, wobei diese stark dotierte Zone als Anschluss für eine Elektrode dient.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in Sei tenansicht im Querschnitt (Fig. 1A) und ein elekt risches Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements (Fig. 1B),

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement während verschiedener Verfahrensschritte in Seitenansicht im Querschnitt,

Fig. 3 perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bereiche mit gleicher Bedeu tung.

Das erfindungsgemäße mittels Feldeffekt steuerbare Halblei terbauelement wird nachfolgend anhand eines n-leitenden MOS- FET erläutert. Bereiche des ersten Leitungstyps sind im folgenden n-dotierte Bereiche und Bereiche des zweiten Leitungs typs sind im folgenden p-dotierte Bereiche.

Fig. 1A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines als MOS- FET ausgebildeten erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt.

Das erfindungsgemäße Bauelement weist einen Halbleiterkörper 1 mit einer stark n-dotierten ersten Anschlusszone 20 als Drain-Zone, einer n-dotierten zweiten Anschlusszone 30 als Source-Zone und einer zwischen der Drain-Zone 20 und der Source-Zone 30 ausgebildeten p-dotierten Kanalzone 40 auf. Die Drain-Zone 20, die Kanalzone 40 und die Source-Zone 30 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1A übereinander liegend in dem Halbleiterkörper 1 angeordnet. Zwischen der Drain-Zone 20 und der Kanalzone 40 ist in dem Ausführungsbei spiel außerdem eine n-dotierte Driftzone 22 angeordnet, die schwächer als die Drain-Zone 20 dotiert ist.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement gemäß Fig. 1A weist weiterhin mehrere Steuerelektroden 50A, 50B, 50C als Gate-Elektroden auf, die durch Isolationsschichten 60A, 60B, 60C gegenüber dem Halbleiterkörper 1 isoliert sind und die sich jeweils in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 1 hinein erstrecken und dabei von der Source-Zone 30, durch die Kanalzone 40 bis zu der Driftzone 22 reichen. Diese Gate- Elektroden 50A, 50B, 50C sind in einer nicht näher darge stellten Weise miteinander verbunden, um gemeinsam angesteu ert zu werden. Bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Gate-Elektroden 50A, 50B, 50C bildet sich entlang der Gate- Elektroden 50A, 50B, 50C in der Kanalzone 40 ein leitender Kanal aus, welcher bei Anlegen einer Spannung zwischen der Drain-Zone 20 und der Source-Zone 30 einen Ladungsfluss zwi schen der Drain-Zone 20 und der Source-Zone 30 ermöglicht. Die Stromfestigkeit des Bauelements steigt dabei mit der An zahl der Gate-Elektroden, entlang derer sich leitende Kanäle ausbilden können. Vorteilhafterweise sind daher wie in Fig. 1A dargestellt ist, mehrere Gate-Elektroden 50A, 50B, 50C vorhanden. Ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Bauelements ist jedoch bereits bei einem Bauelement gewährleistet, wel ches nur eine einzige der in Fig. 1A dargestellten Gate- Elektroden aufweist.

Die Gate-Elektroden 50A, 50B, 50C sind senkrecht zur Zeichen ebene gemäß Fig. 1A vorzugsweise als langgestreckte Elemente ausgebildet, wie aus der perspektivischen Darstellung eines Ausschnitts des Halbleiterkörpers in Fig. 3 ersichtlich ist.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist weiterhin ei ne Rekombinationszone 80A, 80B, 80C auf, die in der Kanalzone 40 und der Source-Zone 30 ausgebildet ist. Bei dem Hableiter bauelement gemäß Fig. 1A sind drei unterschiedliche Ausfüh rungsformen derartiger Rekombinationszonen 80A, 80B, 80C dar gestellt, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 1 beabstandet zu den Gate-Elektroden 50A, 50B, 50C in Gräben 82A, 82B, 82C des Halbleiterkörpers 1 angeordnet sind.

Die Rekombinationszonen 80A, 80B, 80C weisen ein Material auf, welches die Rekombination von p-Ladungsträgern und n- Ladungsträger in der Kanalzone 40 fördert. Ein derartiges Ma terial ist beispielsweise ein Metall, insbesondere Platin.

Bei der Rekombinationszone 80A sind Seitenflächen des Grabens 82, die dem Halbleiterkörper 1 zugewandt sind, mit einer Schicht aus Rekombinationsmaterial bedeckt. Der übrige Graben ist bei der Rekombinationszone 80A mit einem weiteren Materi al 802A, beispielsweise einem Isolationsmaterial aufgefüllt.

Bei der Rekombinationszone 80B ist der Graben 82B vollständig mit einem Rekombinationsmaterial aufgefüllt und bei der Re kombinationszone 80C ist der Graben 82C teilweise mit einem Rekombinationsmaterial aufgefüllt, wobei die Rekombinations zone 82C in der Source-Zone 30 unterhalb einer Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 endet und wobei der Graben 82C oberhalb der Rekombinationszone 82C mit einer Isolationsschicht bedeckt ist.

Die aufgefüllten Gräben 82A, 82B, 82C sind von Isolations schichten 90A, 90B, 90C bedeckt. Die Isolationsschichten 90A, 90B, 90C überdecken die Rekombinationszonen 80A, 80B, 80C und Teile der Source-Zone 30. Bereiche der Source-Zone 30, die nicht durch die Isolationsschichten 90A, 90B, 90C bedeckt sind, sind mittels einer Source-Elektrode 36 kontaktiert.

Die Source-Zone 30 weist einen ersten dotierten Bereich 32 und einen stärker als den ersten dotierten Bereich 32 dotier ten zweiten Bereich 34A, 34B, 34C auf, wobei die stärker do tierten zweiten Bereiche 34A, 34B, 34C beabstandet zu der Re kombinationszone 80A, 80B, 80C angeordnet und durch eine auf dem Halbleiterkörper 1 aufgebrachte Source-Elektrode 36 kon taktiert sind. Zwischen der Source-Elektrode 36 und dem zwei ten Bereich 32 besteht in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1A kein Kontakt.

Zur Kontaktierung der Drain-Zone 20 ist auf eine der Oberflä che 11 gegenüberliegende Fläche 12 des Halbleiterkörpers 1 eine Drain-Elektrode 24, beispielsweise eine Metallschicht aufgebracht.

Fig. 1B zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Halblei terbauelements gemäß der Fig. 1A. Dieses Ersatzschaltbild weist einen idealen MOSFET M auf, dessen Drain-Anschluss D bei dem Bauelement gemäß Fig. 1A durch die Drain-Elektrode 4, dessen Source-Elektrode S durch die Source-Elektrode 36 in Fig. 1A und dessen Gate-Elektrode G durch die Gate- Elektroden 50A, 50B, 50C in Fig. 1A gebildet ist. Ein Bulk- Anschluss des idealen MOSFET M wird durch die Kanalzone 40 in Fig. 1A gebildet. Zwischen dem Bulk B und dem Drain D ist eine erste Diode D1 ausgebildet, die durch den pn-Übergang zwischen der Kanalzone 40 und der Driftzone 22 in der Fig. 1A gebildet ist. Eine zweite Diode D2 zwischen dem Bulk B und dem Source-Anschluss S ist durch den Schottky-Kontakt zwi schen der p-dotierten Kanalzone 40 und der aus Metall beste henden Rekombinationszone 80A, 80B, 80C in Fig. 1A gebildet. Zwischen der Schottky-Diode D2 und dem Source-Anschluss S weist das Ersatzschaltbild einen Widerstand R auf, der durch den Metall-Halbleiter-Übergang zwischen der Rekombinationszo ne 80A, 80B, 80C und der Source-Zone 32, 34A, 34B, 34C gebil det ist.

Durch die Abfolge der n-dotierten Drain-Zone 20 mit der Driftzone 22, der p-dotierten Kanalzone 40 und der n- dotierten Source-Zone 30 ist in dem Halbleiterbauelement des weiteren ein parasitärer npn-Bipolartransistor gebildet, der gestrichelt in dem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1B einge zeichnet ist.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Halbleiterbauele ments gemäß Fig. 1 wird nachfolgend erläutert.

Bei Anlegen eines positiven Ansteuerpotentials an die Gate- Elektroden 50A, 50B, 50C bildet sich in der Kanalzone 40 ent lang der Isolationsschichten 60A, 60B, 60C ein n-leitender Kanal zwischen der Source-Zone 30 und der Driftzone 22 ein n- leitender Kanal aus. Bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode 24 und der Source-Elektrode 36 kommt es dabei zu einem Ladungsfluss von der Drain-Zone 22, durch die Driftzone 22 und den leitenden Kanal in der Kanal zone 40 in die Source-Zone 30 und umgekehrt.

Wird die Gate-Elektrode 50A, 50B, 50C nicht durch Anlegen ei nes positiven Ansteuerpotentials angesteuert, so ist kein leitender Kanal in der Kanalzone 40 vorhanden und das Halb leiterbauelement sperrt aufgrund des dann in Sperrrichtung gepolten pn-Übergangs zwischen der Driftzone 22 und der Ka nalzone 40.

Bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Source- Elektrode S und der Drain-Elektrode D sperrt das erfindungs gemäße Halbleiterbauelement ebenfalls, wenn kein Ansteuerpo tential an die Gate-Elektrode 50A, 50B, 50C angelegt ist. In diesem Fall ist der pn-Übergang zwischen der Kanalzone 40 und der Driftzone 22 zwar in Flussrichtung gepolt, der Schottky- Übergang zwischen der Rekombinationszone 80A, 80B, 80C und der p-dotierten Kanalzone 40 ist in diesem Fall allerdings in Sperrrichtung gepolt, so dass keine Ladungsträgerfluss von dem stark dotierten ersten Bereich 34, dem schwächer dotier ten Bereich 32 und die Rekombinationszone 80A, 80B, 80C in die Kanalzone 40 erfolgen kann.

Die Rekombinationszone 80A, 80B, 80C verhindert zudem, dass bei nicht angesteuerter Gate-Elektrode 50A, 50B, 50C der durch Abfolge der Drain-Zone 20, der Driftzone 22, der Kanal zone 40 und der Source-Zone 30 gebildete parasitäre Bipo lartransistor bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode D und der Source-Elektrode 5 angesteuert wird. In diesem Fall werden p-Ladungsträger in die Kanalzone 40 injiziert. Diese p-Ladungsträger rekombinieren an der Oberfläche der metallischen Rekombinationszone 80A, 80B, 80C sehr schnell mit den dort vorhandenen n-Ladungsträgern (E lektronen) wodurch das Potential in der Kanalzone 40 durch die injizierten p-Ladungsträger nicht ausreichend ansteigen kann, um dem parasitären Bipolartransistor zu aktivieren.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement sperrt damit sowohl bei Anlegen einer Flussspannung in Vorwärtsrichtung, d. h. Drain-Source-Richtung als auch bei Anlegen einer Flussspan nung in Rückwärtsrichtung, d. h. in Source-Drain-Richtung. Die maximale Sperrspannung in Vorwärtsrichtung entspricht dabei im wesentlichen der Sperrspannung, die auch bei MOSFET nach dem Stand der Technik mit einem Kurzschluss zwischen Source- Zone und Kanalzone erreicht wird. Die Sperrspannung in Rück wärtsrichtung ist geringer als in Vorwärtsrichtung und wird durch die Sperrfähigkeit des Schottky-Übergangs zwischen den Rekombinationszonen 80A, 80B, 80C und der Kanalzone 40 be stimmt. Vorzugsweise sind die Rekombinationszonen 80A, 80B, 80C wenigstens teilweise von einer p-dotierten Zone 42 umge ben, die stärker als die übrige Kanalzone 40 dotiert ist, wie bei der Rekombinationszone 80B in Fig. 1A dargestellt ist.

Die Dotierung der stärker dotierten zweiten Bereiche 34A, 34B, 34C der Source-Zone 30 beträgt vorzugsweise mehr als 10¹⁹ cm^-3 die Dotierung des zweiten Bereichs 32 vorzugsweise etwa 10¹⁵ cm^-3. Die Dotierung der Kanalzone 40 außerhalb des stärker dotierten Bereichs 42 beträgt vorzugsweise 10¹⁶ cm^-3 und die Dotierung der Driftzone etwa 10¹⁵ cm^-3 oder weniger.

Die Dicke der Driftzone 22 in vertikaler Richtung des Halb leiterkörpers beträgt vorzugsweise mehr als 5 µm, die Dicke der Kanalzone 40 zwischen 2 und 5 µm und die Dicke der Sour ce-Zone 30 etwa 2 µm. Der Abstand zwischen der Isolations schicht 60A, 60B, 60C und der Rekombinationszone 80A, 80B, 80C beträgt etwa zwischen 1 und 2 µm, die Breite der Rekombi nationszonen 80A, 80B, 80C in lateraler Richtung des Halblei terkörpers 1 etwa 1 bis 2 µm. Die Dicke der Isolationsschich ten zu der Kanalzone 40 hin beträgt vorzugsweise weniger als 0,1 µm.

Anhand der Fig. 2A bis 2J wird im folgenden ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements erläutert.

In einem ersten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 2A dargestellt ist, wird ein Halbleiterkörper 1 zur Verfügung gestellt, der eine n-dotierte erste Anschlusszone 20 zur Bil dung einer späteren Drain-Zone, eine zweite n-dotierte An schlusszone 30 zur Bildung einer späteren Source-Zone und ei ne zwischen der ersten Anschlusszone 20 und der zweiten An schlusszone ausgebildete Kanalzone 40 aufweist. Zwischen der Kanalzone 40 und der ersten Anschlusszone 20 ist in dem Aus führungsbeispiel des weiteren eine Driftzone 22 ausgebildet, die schwächer als die erste Anschlusszone 20 dotiert ist. Der in Fig. 2A dargestellte Halbleiterkörper ist mittels übli cher in der Halbleitertechnologie bekannter Verfahren her stellbar.

In einem nächsten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 2B dargestellt ist, werden ausgehend von einer Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 Gräben 52A, 52B, 52C in den Halblei terkörper 1 eingebracht, die sich ausgehend von der Oberflä che 11 durch die zweite Anschlusszone 30, die Kanalzone 40 bis in die Driftzone 22 erstrecken. Die Gräben 52A, 52B, 52C, in denen spätere Gate-Elektroden ausgebildete werden, können beispielsweise mittels eines Ionenätzverfahrens in bekannter Weise hergestellt werden. Fig. 2C zeigt den Halbleiterkörper nach einem nächsten Verfahrensschritt bei welchem eine Isola tionsschicht 60 auf dem Halbleiterkörper 1 abgeschieden wur de. Die Isolationsschicht 60 überdeckt in dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2B sowohl die Oberfläche 11 als auch in den Gräben 52A, 52B, 52C freiliegende Bereiche des Halbleiterkör pers 1. Die Isolationsschicht 60 besteht beispielsweise aus einem Halbleiteroxid und wird vorzugsweise mittels eines Tem peraturverfahrens hergestellt, bei welchem die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 oxidiert wird.

Fig. 2D zeigt den Halbleiterkörper nach einem nächsten Ver fahrensschritt, bei welchem Elektrodenmaterial 50A, 50B, 50C in die Gräben 52A, 52B, 52C eingebracht wurde. Dieses Elekt rodenmaterial ist beispielsweise ein stark dotiertes n- leitendes oder p-leitendes Halbleitermaterial, welches mit tels bekannter Verfahren in den Gräben abgeschieden wird.

Fig. 2E zeigt den Halbleiterkörper 1 nach nächsten Verfah rensschritten, bei welchen eine Isolationsschicht auf nach oben freiliegende Bereiche der Elektroden 50A, 50B, 50C auf gebracht und das übrige Isolationsmaterial von der Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 entfernt wird. Ergebnis dieses Verfahrensschrittes sind Elektroden 50A, 50B, 50C, die sowohl zum Halbleiterkörper 1 als auch nach oben hin von einer Iso lationsschicht 60A, 60B, 60C umgeben sind. Die Isolations schicht 60A, 60B, 60C, die oberhalb der Elektroden 50A, 50B, 50C aufgebracht ist, besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem Halbleiteroxid und ist mittels eines Temperaturverfahrens herstellbar.

In einem nächsten Verfahrensschritt dessen Ergebnis in Fig. 2F dargestellt ist, werden weitere Gräben 82A, 82B, 82C aus gehend von der Oberfläche 11 in den Halbleiterkörper 1 einge bracht, wobei sich diese Gräben 82A, 82B, 82C in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1 bis in die Kanalzone 40 erstrecken.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird ein die Rekombinati on von p-Ladungsträgern und n-Ladungsträgern förderndes Mate rial, beispielsweise ein Metall, in die Gräben 82A, 82B, 82C eingebracht. Dazu wird gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der Graben 82B vollständig mit dem Rekombinations material aufgefüllt, wie die mittels eines derartigen Verfah rens hergestellte Rekombinationszone 80B zeigt. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, nur die dem Halbleiterkörper 1 zugewandten Flächen des Gra bens 82A mit einem Rekombinationsmaterial 801A zu bedecken und den Graben mit einem anderen Material, beispielsweise ei nem Isolationsmaterial 802A aufzufüllen, wie die Rekombinati onszone 80A zeigt, die mittels eines solchen Verfahrens her gestellt ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den Graben 82C nur teilweise mit einem Rekombinationsmaterial 80C aufzufüllen und den dann noch verbleibenden Abschnitt des Grabens 82C oberhalb des Rekombinationsmaterials mit einem weiteren Material, beispielsweise einem Isolationsmaterial 92C aufzufüllen, wie die Rekombinationszone 80C zeigt, die mittels eines solchen Verfahrens hergestellt ist.

In einem nächsten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 2H dargestellt ist, werden die Isolationsschichten 90A, 90B, 90C mittels bekannter Verfahren oberhalb der Rekombinations zonen 80A, 80B, 80C auf der Oberfläche 11 des Halbleiterkör pers 1 hergestellt, wobei diese Isolationszonen 90A, 90B, 90C auch die zweiten Anschlusszonen 30 teilweise überdecken. Die se Isolationsschichten werden beispielsweise durch Abscheiden einer Schicht aus Isolationsmaterial auf die Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 und nachfolgendes teilweise Entfernen dieser Schicht mittels eines Ätzverfahrens in Verbindung mit einer Fotolithographietechnik hergestellt.

Diese Isolationsschichten 90A, 90B, 90C isolieren die Rekom binationszonen gegenüber einer später hergestellten Source- Elektrode und dienen in einem nachfolgenden Verfahrens schritt, dessen Ergebnis in Fig. 2 J dargestellt ist, als Maske für die Herstellung stark n-dotierter Bereiche 34A, 34B, 34C in der zweiten Anschlusszone 30. Diese Bereiche 34A, 34B, 34C sind mittels bekannter Diffusionsverfahren oder Im plantationsverfahren herstellbar, bei denen n-Ladungsträger in freiliegende Bereiche des Halbleiterkörpers 1 eindotiert werden.

In nächsten Verfahrensschritten wird eine Elektrode 36 auf die Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht und ei ne zweite Elektrode 34 wird auf eine der Oberfläche 11 gege nüberliegende Fläche 12 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht, um zu dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß Fig. 1A zu gelangen.

Um die Gate-Elektroden 50A, 50B, 50C gemeinsam ansteuern zu können ist vorzugsweise ein weiterer nicht dargestellter Gra ben in dem Halbleiterkörper ausgebildet, welcher senkrecht zu den Gräben der Gate-Elektroden verläuft, um die Gate- Elektroden zu verbinden.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterkörper

11

,

12

Oberflächen des Halbleiterkörpers

20

Drain-Zone

22

Driftzone

30

Source-Zone

32

erster Bereich der Source-Zone

34

A,

34

B,

34

C zweiter Bereich der Source-Zone

40

Kanalzone

50

A,

50

B,

50

C Gate-Elektrode

52

A,

52

B,

52

C Graben

60

A,

60

B,

60

C Isolationsschicht

80

A,

80

B,

80

C Rekombinationszone

82

A,

82

B,

82

C Graben

90

A,

90

B,

90

C Isolationsschicht

92

C isolierende Zwischenschicht

801

A Schicht aus Rekombinationsmaterial

802

A Füllschicht
B Bulk-Anschluss
BT Bipolartransistor
D Drain-Anschluss
D1 Diode
D2 Schottkey-Diode
G Gate-Anschluss
M MOSFET
R Widerstand
S Source-Anschluss

Claims

1. Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
einen Halbleiterkörper (1) mit einer ersten und zweiten An schlusszone (20, 30) eines ersten Leitungstyps (n) und einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) ausge bildeten Kanalzone (40) eines zweiten Leitungstyps (p),
eine benachbart zu der Kanalzone (40) isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) angeordnete Steuerelektrode (50A, 50B, 50C),
eine in der Kanalzone (40) und der zweiten Anschlusszone (30) ausgebildete Rekombinationszone (80A, 80B, 80C), die ein die Rekombination von Ladungsträgern des ersten und zweiten Leitungstyps förderndes Material aufweist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Rekombi nationszone (80A, 80B, 80C) ein Metall, insbesondere Platin aufweist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Anschlusszone (20), die Kanalzone (40) und die zweite Anschlusszone (30) übereinander angeordnet sind.

4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem eine schwächer als die erste Anschlusszone (20) dotierte Driftzone (22) des ersten Leitungstyps (n) zwischen der ersten Anschlusszone (20) und der Kanalzone (40) ausge bildet ist.

5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem sich die Steuerelektrode (50A, 50B, 50C) wenigs tens annäherungsweise in vertikaler Richtung in den Halblei terkörper (1) hinein erstreckt.

6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem sich die Rekombinationszone (80A, 80B, 80C) we nigstens annäherungsweise in vertikaler Richtung in den Halb leiterkörper (1) hinein erstreckt.

7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem die Rekombinationszone (80B) in einem Graben (82B) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist, der voll ständig mit dem Rekombinationsmaterial aufgefüllt ist.

8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem die Rekombinationszone (80A) in einem Graben (82A) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist, dessen dem Halbleiterkörper (1) zugewandte Flächen mit dem Rekombinati onsmaterial bedeckt sind.

9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem die Rekombinationszone (80C) in einem Graben (82C) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist, der mit dem Rekombinationsmaterial aufgefüllt ist, wobei die Rekombinati onszone (80C) unterhalb einer Oberfläche (11) des Halbleiter körpers (1) endet.

10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem die zweite Anschlusszone (30) einen dotierten ersten Bereich (34A, 34B, 34C) und einen zweiten dotierten Bereich (32), der schwächer als der erste Bereich (34A, 34B, 34C) dotiert ist, aufweist, wobei der erste Bereich (34A, 34B, 34C) beabstandet zu der Rekombinationszone (80A, 80B, 80C) angeordnet ist.

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, bei dem der zweite Bereich (32) zwischen dem ersten Bereich (34A, 34B, 34C) und der Kanalzone (40) angeordnet ist.

12. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü che, bei dem eine erste Elektrode (24) vorgesehen ist, die an die erste Anschlusszone (20) angeschlossen ist.

13. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden An schlüsse, bei dem eine zweite Elektrode (36) vorgesehen ist, die an die zweite Anschlusszone (30) angeschlossen ist und die mittels einer Isolationsschicht (90A, 90B, 90C) gegenüber der Rekombinationszone isoliert ist.

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, bei dem die zweite Elektrode (36) ausschließlich an die ersten Bereiche (34) der zweiten Anschlusszone (30) angeschlossen ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steu erbaren Halbleiterbauelements, das folgende Verfahrensschrit te aufweist:

- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1) mit einer ersten Anschlusszone (20) eines ersten Leitungstyps (n), einer zwei ten Anschlusszone (30) des ersten Leitungstyps und einer zwi schen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) ausgebil deten Kanalzone (40) eines zweiten Leitungstyps (p), wobei die erste Anschlusszone (20), die Kanalzone (40) und die zweite Anschlusszone (30) übereinander angeordnet sind,
- Herstellen einer isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (1) ausgebildeten Steuerelektrode (50A, 50B, 50C), die sich ausgehend von einer Oberfläche (11) des Halbleiterkörpers (1) in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (1) hinein er streckt,
- Herstellen einer Rekombinationszone (80A, 80B, 80C), die sich ausgehend von einer Oberfläche (11) des Halbleiterkör pers (1) durch die zweite Anschlusszone (30) bis in die Ka nalzone erstreckt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Halbleiterkörper (1) zwischen der ersten Anschlusszone (20) und der Kanalzone (40) eine Driftzone (22) des ersten Leitungstyps aufweist, die schwächer als die zweite Anschlusszone (20) dotiert ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Herstel len der Steuerelektrode (50A, 50B, 50C) folgende Verfahrens schritte umfasst:

- Erzeugen eines Grabens (52A, 52B, 52C) in dem Halbleiter körper (1), der sich ausgehend von der Oberfläche (11) durch die zweite Anschlusszone (30) und die Kanalzone (40) bis an die erste Anschlusszone (20) erstreckt,
- Aufbringen einer Isolationsschicht (60A, 60B, 60C) auf Sei tenwände des Grabens (50A, 50B, 50C),
- Auffüllen des Grabens (52A, 52B, 52C) mit einer Schicht aus Elektrodenmaterial,
- Aufbringen einer Isolationsschicht oberhalb des Elektroden materials in dem Graben (52A, 52B, 52C).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Herstellung der Rekombinationszone (80A, 80B, 80C) folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Herstellen eines Grabens (82A, 82B, 82C) in dem Halbleiter körper, der sich ausgehend von der Oberfläche (11) durch die zweite Anschlusszone (30) bis in die Kanalzone (40) er streckt,
- Auffüllen des Grabens (82A, 82B, 82C) mit einem Rekombina tionsmaterial,
- Aufbringen einer Isolationsschicht (90A, 90B, 90C) oberhalb des Rekombinationsmaterials.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Herstellung der Rekombinationszone (80A, 80B, 80C) folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Herstellen eines Grabens (82A) in dem Halbleiterkörper, der sich ausgehend von der Oberfläche (11) durch die zweite An schlusszone (30) bis in die Kanalzone (40) erstreckt,
- Bedecken der dem Halbleiterkörper (1) zugewandten Seiten flächen des Grabens (82A) mit einem Rekombinationsmaterial (801A),
- Auffüllen des Grabens mit einem weiteren Material (802A),
- Aufbringen einer Isolationsschicht (90A, 90B, 90C) oberhalb des Rekombinationsmaterials (801A).

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Isolationsschicht (90A, 90B, 90C) auf der Oberfläche (11) des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem in den neben der Isolationsschicht (90A, 90B, 90C) freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers (1) stark dotierte Bereiche (34A, 34B, 34C) erzeugt werden.