DE10060428A1 - Mittels Feldeffekt steuerbares in beide Richtungen sperrendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Mittels Feldeffekt steuerbares in beide Richtungen sperrendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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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.
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
B Bulk-Anschluss
BT Bipolartransistor
D Drain-Anschluss
D1 Diode
D2 Schottkey-Diode
G Gate-Anschluss
M MOSFET
R Widerstand
S Source-Anschluss
Claims (21)
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.
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.
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