DE102015215024A1 - Halbleiterbauelement mit breiter Bandlücke - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleiterbauelement (1) wird vorgestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12), einen Steueranschluss (13) und einen Halbleiterkörper (10) mit einer Driftzone (101), wobei der Halbleiterkörper (10) durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten. Das Halbleiterbauelement (1) beinhaltet eine Sourcezone (102), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; eine Bodyzone (103-1) und eine Abschirmzone (103-2), die beide in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet sind und eine zusammenhängende Zone (103) ausbilden, die die Sourcezone (102) von der Driftzone (101) isoliert, wobei die Abschirmzone (103-2) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; einen Graben (14), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang einer vertikalen Richtung (Z) erstreckt und einen Isolator (141) umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht; eine erste Elektrode (131), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei die erste Elektrode (131) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist; und einen Mesaabschnitt (101-1), der in der Driftzone (101) unter der Bodyzone (103-1) angeordnet ist und die Abschirmzone (103-2) von dem Graben (14) entlang einer ersten seitlichen Richtung (X) trennt, wobei eine erste Kapazität pro Flächeneinheit (C1/A), die durch einen in dem Mesaabschnitt (101-1) enthaltenen Bereich und durch einen in der Abschirmzone (103-2) enthaltenen Bereich ausgebildet ist, größer als eine zweite Kapazität pro Flächeneinheit (C2/A) ist, die durch den in dem Mesaabschnitt (101-1) enthaltenen Bereich und einen in der ersten Elektrode (131) enthaltenen Bereich ausgebildet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Spezifikation betrifft Ausführungsformen eines Halbleiterbauelementes mit breiter Bandlücke und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes mit breiter Bandlücke. Insbesondere betrifft die vorliegende Spezifikation Ausführungsformen eines Halbleiterbauelementes mit breiter Bandlücke, das ein vergleichsweise schwaches elektrisches Feld innerhalb eines in einem Graben enthaltenen Oxids zeigen kann, und eines Verfahrens zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes mit breiter Bandlücke, so dass ein elektrisches Feld innerhalb eines in einem Graben enthaltenen Oxids vergleichsweise schwach ist.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Einrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine hängen von Halbleiterbauelementen ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, sind zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet worden, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungsstromrichtern.
  • Bisweilen basieren Halbleiterbauelemente hauptsächlich auf einem Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, wie etwa Siliziumkarbid oder Galliumnitrid, um nur einige zu nennen. Derartige Halbleiterbauelemente werden auch als „Halbleiterbauelemente mit breiter Bandlücke“ bezeichnet. Das Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke kann elektrische Eigenschaften zeigen, die sich erheblich von entsprechenden elektrischen Eigenschaften von z.B. Silizium unterscheiden, was zu gewissen Vorkehrungen bezüglich der Konstruktion eines Halbleiterbauelementes mit breiter Bandlücke, wie etwa die Konstruktion eines Grabens, der eine Gate-Elektrode enthält, führen kann.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Halbleiterbauelement vorgestellt. Das Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss, einen Steueranschluss und einen Halbleiterkörper mit einer Driftzone, wobei der Halbleiterkörper durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten. Das Halbleiterbauelement beinhaltet eine Sourcezone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; eine Bodyzone und eine Abschirmzone, die beide in dem Halbleiterkörper angeordnet sind und eine zusammenhängende Zone ausbilden, die die Sourcezone von der Driftzone isoliert, wobei die Abschirmzone mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang einer vertikalen Richtung erstreckt und einen Isolator umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone in Kontakt steht; eine erste Elektrode, die innerhalb des Grabens angeordnet und von dem Halbleiterkörper durch den Isolator isoliert ist, wobei die erste Elektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist; und einen Mesaabschnitt, der in der Driftzone unter der Bodyzone angeordnet ist und die Abschirmzone von dem Graben entlang einer ersten seitlichen Richtung trennt, wobei eine erste Kapazität pro Flächeneinheit, die durch einen in dem Mesaabschnitt enthaltenen Bereich und durch einen in der Abschirmzone enthaltenen Bereich ausgebildet ist, größer als eine zweite Kapazität pro Flächeneinheit ist, die durch den in dem Mesaabschnitt enthaltenen Bereich und einen in der ersten Elektrode enthaltenen Bereich ausgebildet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein weiteres Halbleiterbauelement vorgestellt. Das weitere Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss, einen Steueranschluss und einen Halbleiterkörper mit einer Driftzone, wobei der Halbleiterkörper durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten. Das Halbleiterbauelement beinhaltet eine Sourcezone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; eine zusammenhängende Zone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die Sourcezone von der Driftzone isoliert; einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang einer vertikalen Richtung erstreckt und eine erste Elektrode, die mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist, und einen Isolator umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone in Kontakt steht, wobei der Isolator die erste Elektrode von dem Halbleiterkörper isoliert und wobei der Isolator eine erste Dicke entlang der vertikalen Richtung an einer unteren Region des Grabens und eine zweite Dicke entlang einer ersten seitlichen Richtung an einer oberen Region des Grabens zeigt, wobei die erste Dicke um einen Faktor von mindestens 1,5 größer als die zweite Dicke ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein anderes Halbleiterbauelement vorgestellt, das einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss, einen Steueranschluss und einen Halbleiterkörper mit einer Driftzone umfasst, wobei der Halbleiterkörper durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten. Das Halbleiterbauelement beinhaltet eine Sourcezone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; eine zusammenhängende Zone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die Sourcezone von der Driftzone isoliert; einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang einer vertikalen Richtung erstreckt und einen Isolator umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone in Kontakt steht; und eine erste Elektrode, die innerhalb des Grabens angeordnet und von dem Halbleiterkörper durch den Isolator isoliert ist, wobei die erste Elektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist; und eine zweite Elektrode, die innerhalb des Grabens angeordnet und von dem Halbleiterkörper durch den Isolator isoliert ist, wobei der Isolator die zweite Elektrode von der ersten Elektrode isoliert.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes vorgestellt, wobei das Halbleiterbauelement einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss, einen Steueranschluss und einen Halbleiterkörper mit einer Driftzone umfasst, und wobei der Halbleiterkörper durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten. Das Halbleiterbauelement beinhaltet: eine Sourcezone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; eine zusammenhängende Zone, die in dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die Sourcezone von der Driftzone isoliert; einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang einer vertikalen Richtung erstreckt und einen Isolator umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone in Kontakt steht; und eine erste Elektrode, die innerhalb des Grabens angeordnet und von dem Halbleiterkörper durch den Isolator isoliert ist, wobei die erste Elektrode mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden ist; und eine zweite Elektrode, die innerhalb des Grabens angeordnet und von dem Halbleiterkörper durch den Isolator isoliert ist, wobei der Isolator die zweite Elektrode von der ersten Elektrode isoliert. Das Verfahren umfasst ein Steuern einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Lastanschluss, um das Halbleiterbauelement in einen leitenden Zustand oder einen Sperrzustand zu versetzen; und ein Anlegen eines elektrischen Potentials an die zweite Elektrode.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile sind für den Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen wird Wert auf veranschaulichende Prinzipien der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen veranschaulicht:
  • 1A schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
  • 1B schematisch einen Abschnitt einer elektrischen Kapazitätsschaltung äquivalent zu einem Abschnitt eines Halbleiterbauelementes gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
  • 2 schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes mit einem dicken unteren Gate-Oxid gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
  • 3A schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes mit einer zweiten Grabenelektrode gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
  • 3B schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes mit einer zweiten Grabenelektrode gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen; und
  • 3C schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes mit einer zweiten Grabenelektrode gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „ober“, „unter“, „unterhalb“, „vorderer“, „hinter“, „rück“, „anführend“, „anhängend“, „unter“, „über“ usw. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise auf oder kombiniert mit andere(n) Ausführungsformen angewendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll solche Änderungen und Variationen einschließen. Die Beispiele werden unter Gebrauch einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der angehängten Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabgerecht und dienen allein veranschaulichenden Zwecken. Zum Zwecke der Klarheit wurden in den verschiedenen Zeichnungen dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterregion beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Chips sein. Sowohl die unten erwähnte erste seitliche Richtung X als auch die zweite seitliche Richtung Y können horizontale Richtungen sein, wobei die erste seitliche Richtung X und die zweite seitliche Richtung Y senkrecht zueinander stehen können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d.h. parallel zu der Normalen der Oberfläche des Halbleiterwafers. Die unten erwähnte Richtung Z kann zum Beispiel eine vertikale Richtung sein, die sowohl zur ersten seitlichen Richtung X als auch zur zweiten seitlichen Richtung Y senkrecht steht.
  • In dieser Spezifikation wird auf n-dotiert als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ Bezug genommen, wohingegen auf p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ Bezug genommen wird. Alternativ dazu können gegensätzliche Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner kann sich der Ausdruck „Dotierstoffkonzentration“ in dieser Spezifikation auf eine durchschnittliche Dotierstoffkonzentration bzw. auf eine mittlere Dotierstoffkonzentration oder auf eine Flächenladungsträgerdichte einer spezifischen Halbleiterregion oder einer Halbleiterzone beziehen. Demnach kann z.B. eine Aussage, dass eine spezifische Halbleiterregion eine bestimmte Dotierstoffkonzentration zeigt, die vergleichsweise höher oder niedriger als eine Dotierstoffkonzentration einer anderen Halbleiterregion ist, angeben, dass sich die entsprechenden mittleren Dotierstoffkonzentrationen der Halbleiterregionen voneinander unterscheiden.
  • Im Kontext der vorliegenden Spezifikation sind die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ dafür gedacht, zu beschreiben, dass es eine niederohmige elektrische Verbindung oder einen niederohmigen Strompfad zwischen zwei Regionen, Abschnitten, Zonen, Anteilen oder Teilen eines Halbleiterbauelementes oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil eines Halbleiterbauelementes gibt. Ferner ist der Ausdruck „in Kontakt stehen“ im Kontext dieser Spezifikation dafür gedacht, zu beschreiben, dass es eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des entsprechenden Halbleiterbauelementes gibt; z.B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Spezifische, in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, ein Leistungshalbleiterbauelement, dass innerhalb eines Leistungsstromrichters oder einer Stromversorgung verwendet werden kann. Beispielsweise kann das Leistungshalbleiterbauelement eine oder mehrere Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gated-Dioden(MGD)-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon. Derartige Diodenzellen und derartige Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, ist dafür gedacht, ein Halbleiterbauelement auf einem Einzelchip mit hohen Spannungssperrungs- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten zu beschreiben. Mit anderen Worten gesagt, ist ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement für Hochstrom, typischerweise im Ampere-Bereich von z.B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere und/oder Hochspannungen typischerweise über 5 V, mehr typischerweise 15 V und darüber, gedacht.
  • 1 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes 1 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12. Ein Halbleiterkörper 10 ist dazu konfiguriert, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 zu leiten. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper 10 sowohl mit dem ersten Lastanschluss 11 als auch mit dem zweiten Lastanschluss 12 elektrisch gekoppelt sein. Bei einer Ausführungsform ist der erste Lastanschluss 11 an einer vorderen Seite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet und ein zweiter Lastanschluss 12 kann an einer hinteren Seite eines Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein. Alternativ dazu können sowohl der erste Lastanschluss 11 als auch der zweite Lastanschluss 12 entweder an der vorderen Seite oder an der hinteren Seite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein.
  • Beispielsweise ist der Halbleiterkörper 10 durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet. Das Material kann ein Material mit breiter Bandlücke sein, z.B. Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AlN) und Bornitrid (BN), um nur einige zu nennen. Bei einer Ausführungsform weist das Material eine Bandlücke auf, die wesentlich größer als 1 Elektronenvolt (eV) ist. Beispielsweise ist die Bandlücke bei einer gegebenen Temperatur, wie etwa 302 Kelvin, um mindestens 1,0 eV größer als die Bandlücke von Silizium. Die Bandlücke von Silizium kann 1,11 eV betragen. Es versteht sich, dass bestimmte Zonen des Halbleiterkörpers 10, wie etwa die unten genannten Zonen 101, 101-1, 102, 103, 103-1 und 103-2 und weitere Zonen oder Schichten, auch durch das Halbleitermaterial ausgebildet sein können, das eine Bandlücke zeigt, die größer als die entsprechende Bandlücke von Silizium ist.
  • Das Halbleiterbauelement 1 weist eine Sourcezone 102 auf, die in dem Halbleiterkörper 10 angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist. Zu diesem Zweck kann eine erste Metallisierung 111 bereitgestellt sein, die auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein kann und sowohl mit der Sourcezone 102 als auch mit dem ersten Lastanschluss 11 in Kontakt stehen kann. Beispielsweise ist die Sourcezone 102 eine Halbleitersourcezone und weist Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration auf. Die Sourcezone 102 ist zum Beispiel eine n+-Zone.
  • Das Halbleiterbauelement 1 beinhaltet ferner eine Bodyzone 103-1 und eine Abschirmzone 103-2, die beide in dem Halbleiterkörper 10 angeordnet sein können und eine zusammenhängende Zone 103 ausbilden können. Beispielsweise stehen die Bodyzone 103-1 und die Abschirmzone 103-2 in Kontakt miteinander. Die aus den Zonen 103-1 und 103-2 gebildete zusammenhängende Zone 103 kann die Sourcezone 102 von einer Driftzone 101 des Halbleiterkörpers 10 isolieren. Des Weiteren kann die Abschirmzone 103-2 auch mit dem ersten Lastanschluss 11, z.B. mittels der ersten Metallisierung 111, die mit der Abschirmzone 103-2 in Kontakt stehen kann, elektrisch verbunden sein. Bei einer Ausführungsform umfassen sowohl die Bodyzone 103-1 als auch die Abschirmzone 103-2 Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, wobei die Dotierstoffkonzentration der Bodyzone 103-1 niedriger als die Dotierstoffkonzentration der Abschirmzone 103-2 sein kann. Beispielsweise ist die Abschirmzone 103-2 eine p+-Zone und die Bodyzone 103-1 ist eine p-Zone.
  • Gemäß einer Ausführungsform koppelt ein oberer Teil der Abschirmzone 103-2 die Bodyzone 103-1 an die erste Metallisierung 111. Der obere Teil kann eine unterschiedliche maximale Dodantenkonzentration im Vergleich zu einem unteren Teil der Abschirmzone 103-2, der sich tiefer entlang der vertikalen Richtung Z als die Bodyzone 103-1 erstrecken kann, aufweisen. Der obere Teil der Abschirmzone 103-2 kann zum Beispiel eine höhere Dotierstoffkonzentration als der untere Teil der Abschirmzone 103-2 aufweisen. Die Dotierstoffkonzentration des unteren Teils der Abschirmzone 103-2 kann sogar niedriger als die Dotierstoffkonzentration der Bodyzone 103-1 sein. Des Weiteren kann der obere Teil der Abschirmzone 103-2 eine Anti-Latch-Up-Region ausbilden. Somit kann gemäß einer Ausführungsform bei einem Abschnitt der Abschirmzone 103-2, der die Metallisierung 111 kontaktiert, eine sehr hohe p+-Konzentration vorhanden sein. Dies kann einen guten ohmschen Kontakt ermöglichen, z.B. auch eine niederohmige Verbindung zwischen der Bodyzone 103-1 und der Metallisierung 111, die, wie im Folgenden erläutert wird, ein Teil eines Source-Anschlusses des Halbleiterbauelementes 1 sein kann. Beispielsweise kann der untere Teil der Abschirmzone 103-2 eine niedrigere Dotierstoffkonzentration zeigen, da ihre dominante Funktion eher eine elektrostatische sein kann.
  • Die Driftzone 101 des Halbleiterkörpers 10 kann Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer eher niedrigen Dotierstoffkonzentration umfassen. Die Driftzone 101 ist zum Beispiel eine n–-Zone. Somit kann ein Übergang zwischen der zusammenhängenden Zone 103 und der Driftzone 101 einen pn-Übergang darstellen, der eine Verarmungsregion ausbilden kann, die dazu konfiguriert sein kann, eine zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angelegte Spannung zu sperren, wenn sich das Halbleiterbauelement 1 in einem Sperrzustand befindet. Wenn es sich in einem leitenden Zustand befindet, kann das Halbleiterbauelement 1 dazu konfiguriert sein, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 mittels mindestens der Driftzone 101 zu befördern.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst ferner einen Graben 14, der sich in den Halbleiterkörper 10 entlang einer vertikalen Richtung Z erstreckt und einen Isolator 141 umfasst.
  • Der Isolator 141 kann mit der zusammenhängenden Zone 103 in Kontakt stehen. Beispielsweise kann der Isolator 141 des Grabens 14 sowohl mit der Driftzone 101, der Sourcezone 102 als auch mit der zusammenhängenden Zone 103, wie etwa mit der Bodyzone 103-1, in Kontakt stehen. Der Isolator 141 kann Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid und/oder ein Nieder-k-Dielektrikum umfassen. Ein Nieder-k-Dielektrikum ist zum Beispiel an einer unteren Region 14-1 des Grabens 14 angeordnet. Ein Nieder-k-Dielektrikum kann eine relative Dielektrizitätskonstante aufweisen, die geringer als die relative Dielektrizitätskonstante von Siliziumdioxid ist. Das Nieder-k-Dielektrikum kann eine relative Dielektrizitätskonstante aufweisen, die zwischen 1 und 3,9 liegt.
  • Eine erste innerhalb des Grabens 14 angeordnete Elektrode 131 kann von dem Halbleiterkörper 10 durch den Isolator 141 isoliert sein. Die erste Elektrode 131 kann mit einem Steueranschluss 13 des Halbleiterbauelementes 1 elektrisch verbunden sein. Beispielsweise kann ein Steuersignal mittels des Steueranschlusses 13 an die erste Elektrode 131 geliefert werden, um das Halbleiterbauelement 1 in den Sperrzustand oder den leitenden Zustand zu versetzen.
  • Wie in 1A veranschaulicht, kann die Driftzone 101 einen Mesaabschnitt 101-1 umfassen, der unter der Bodyzone 103-1 angeordnet ist und die Abschirmzone 103-2 von dem Graben 14 entlang einer ersten seitlichen Richtung X trennt. Der Mesaabschnitt 101-1 kann, da er ein Teil der Driftzone 101 ist, auch Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer eher niedrigen Dotierstoffkonzentration umfassen. Somit kann der Mesaabschnitt 101-1 auch eine n–-Region sein. Mit anderen Worten kann der Mesaabschnitt 101-1 ein Teil der Driftzone 101 sein, der seitlich durch die Abschirmzone 103-2 auf der einen Seite und durch den Graben 14 auf der anderen Seite begrenzt ist. Beispielsweise ist eine Seitenwand des Grabens 14, die den Mesaabschnitt 101-1 seitlich begrenzt, dieselbe Seitenwand, die auch mit der Bodyzone 103-1 in Kontakt steht.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die Abschirmzone 103-2 entlang der vertikalen Richtung Z weiter als die Bodyzone 103-1. Somit kann der Mesaabschnitt 101-1, wie oben erläutert, der Teil der Driftzone 101 sein, der entlang der ersten seitlichen Richtung X durch die Abschirmzone 103-2 und den Graben 14 seitlich begrenzt ist, und der entlang der vertikalen Richtung Z durch die Bodyzone 103-1 vertikal begrenzt ist. Beispielsweise kann sich die Abschirmzone 103-2 so weit wie oder sogar weiter entlang der vertikalen Richtung Z wie der Graben 14 erstrecken. Die Abschirmzone 103-2 erstreckt sich zum Beispiel entlang der vertikalen Richtung Z für mindestens 1 µm.
  • Die Konfiguration des Halbleiterbauelementes 1, wie in 1A bzw. in der unten beschriebenen 2 oder in den unten beschriebenen 3A–3C veranschaulicht, kann zum Ausbilden eines Leistungshalbleiterbauelementes angewendet werden, wie etwa ein MOSFET, z.B. ein SiC-MOSFET oder ein SiC-IGBT oder ein anderes Leistungshalbleiterbauelement, wie etwa ein anderes unipolares oder bipolares Halbleiterbauelement mit breiter Bandlücke. Dementsprechend kann der erste Lastanschluss 11 ein Source-Anschluss sein, kann der zweite Lastanschluss 12 ein Drain-Anschluss sein und kann der Steueranschluss 13 ein Gate-Anschluss sein. Ein derartiges Halbleiterbauelement kann mehrere Transistorzellen beinhalten, wobei jede Transistorzelle einen MOS-Steuerkopf umfassen kann, der durch mindestens eine entsprechende Driftzone 101, eine Sourcezone 102, eine zusammenhängende Zone 103 und einen entsprechenden Graben 14 ausgebildet ist. Es versteht sich, dass der Halbleiterkörper 10 eine weitere (nicht veranschaulichte) Halbleiterschicht umfassen kann, wie etwa eine hochdotierte Substratschicht und/oder eine Halbleiterkontaktschicht, die von jeder der Transistorzellen verwendet wird. Ferner versteht es sich, dass der Halbleiterkörper 10 mit dem zweiten Lastanschluss 12 mittels einer zweiten Metallisierung 121, die z.B. eine Metallisierung der hinteren Seite des Halbleiterbauelementes 1 sein kann, elektrisch verbunden sein kann.
  • Im Folgenden sollen manche Ausführungsformen des Halbleiterbauelementes 1 mit Bezug auf jede der 1A bis 3C beschrieben werden. Es versteht sich, dass das, was oben spezifisch hinsichtlich 1A den Halbleiterkörper 10, die Anschlüsse 11, 12 und 13 und die Zonen und die Schichten, die in dem Halbleiterkörper 10 enthalten sein können, wie etwa die Zonen 101, 101-1, 102, 103, 103-1 und 103-2, betreffend beschrieben worden ist, gleichermaßen für jede der in den 2 bis 3C veranschaulichten Ausführungsformen gelten kann. Umgekehrt können die bezüglich einer oder mehrerer der 2 bis 3C beschriebenen zusätzlichen Merkmale auch in der Ausführungsform gemäß 1A implementiert werden, wenn nicht anderweitig angegeben.
  • Jetzt mit Bezug auf die 1A und 1B ist gemäß einer Ausführungsform eine erste Kapazität pro Flächeneinheit C1/A, die durch einen in dem Mesaabschnitt 101-1 enthaltenen Bereich und durch einen in der Abschirmzone 103-2 enthaltenen Bereich ausgebildet ist, größer als eine zweite Kapazität pro Flächeneinheit C2/A, die durch einen in dem Mesaabschnitt 101-1 enthaltenen Bereich und durch einen in der ersten Elektrode 131 enthaltenen Bereich ausgebildet ist, z.B. falls sich das Halbleiterbauelement in einem Sperrzustand befindet. Beispielsweise ist der in dem Mesaabschnitt 101-1 enthaltene Bereich mindestens ein Teil eines ersten Grenzbereiches der Verarmungsregion, die durch die Abschirmzone 103-2 und die Driftzone 101 ausgebildet ist. Der in der Abschirmzone 103-2 enthaltene Bereich kann mindestens ein Teil eines zweiten Grenzbereiches der Verarmungsregion sein. Des Weiteren kann der in der ersten Elektrode 131 enthaltene Bereich mindestens ein Teil einer Elektrodenoberfläche sein, die mit dem Isolator 141 in Kontakt steht. Jeder der Bereiche kann gleich groß sein und sich auch entlang einer zweiten seitlichen Richtung Y erstrecken.
  • Der zuletztgenannte Aspekt ist schematisch in 1B veranschaulicht, die einen Abschnitt einer äquivalenten Kapazitätsschaltung abbildet. Dementsprechend kann die Abschirmzone 103-2 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein und somit das im Wesentlichen gleiche elektrische Potential wie der erste Lastanschluss 11 zeigen. Der in der Abschirmzone 103-2 enthaltene Bereich kann eine erste Kondensatorplatte eines ersten fiktiven Kondensators ausbilden. Auf der anderen Seite kann die erste Elektrode 131 mit dem Steueranschluss 113 elektrisch verbunden sein und somit das im Wesentlichen gleiche elektrische Potential wie der Steueranschluss 13 zeigen. Dementsprechend kann der in der ersten Elektrode 131 enthaltene Bereich eine erste Kondensatorplatte eines zweiten fiktiven Kondensators, wie in 1B veranschaulicht, ausbilden. Der in dem Mesaabschnitt 101-1 enthaltene Bereich kann ein anderes elektrisches Potential, z.B. aufgrund einer festen elektrischen Ladung, die innerhalb des Bereiches des Mesaabschnitts 101-1 vorhanden ist, zeigen. Dieser Bereich des Mesaabschnitts 101-1 kann somit eine zweite Kondensatorplatte von sowohl dem ersten fiktiven Kondensator C1 als auch von dem zweiten fiktiven Kondensator C2 ausbilden.
  • Ein Referenzpunkt 101-10 innerhalb des Mesaabschnitts 101-1 ist mindestens so tief wie die Unterseite 142 des Grabens 14 und in einer Mitte eines Abstandes entlang der ersten seitlichen Richtung X zwischen der Abschirmzone 103-2 und dem Graben 14 positioniert. Des Weiteren kann es einen ersten Abstand zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und einem ersten Punkt 103-20 innerhalb der Abschirmzone 103-2 und einen zweiten Abstand zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und einem zweiten Punkt 131-10 innerhalb der ersten Elektrode 131 geben. Sowohl der erste Punkt 103-20 als auch der zweite Punkt 103-10 sind zum Beispiel auf demselben Tiefenniveau angeordnet, d.h. an derselben Stelle entlang der vertikalen Richtung Z, z.B. auf einem Niveau, das im Wesentlichen gleich einem Niveau eines unteren Endes der ersten Elektrode 131 ist. Der zweite Punkt 131-10 ist zum Beispiel an einer unteren Ecke der ersten Elektrode angeordnet und ist dem Mesaabschnitt 101-1 zugewandt und der erste Punkt 103-20 kann Teil des zweiten Grenzbereiches der Verarmungsregion sein. Der erste Abstand und der zweite Abstand können sich jeweils auf den gleichen Wert belaufen.
  • Bei einer Ausführungsform ist bei einem gegebenen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts ein Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand größer als ein Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand, wobei die erste Dielektrizitätskonstante entlang des ersten Abstandes wirksam ist (d.h. zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und dem ersten Punkt 103-20) und die zweite Dielektrizitätskonstante entlang des zweiten Abstandes wirksam ist (d.h. zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und dem zweiten Punkt 131-10). Beispielsweise kann somit die folgende Gleichung (1) gelten, wonach ein erstes Integral über einen Abstand (x) größer als ein zweites Integral über einen Abstand (x) ist:
    Figure DE102015215024A1_0002
    wobei ε1(x)/d1 die erste Dielektrizitätskonstante ist, die entlang des ersten Abstandes wirksam ist und ε2(x)/d2 die zweite Dielektrizitätskonstante ist, die entlang des zweiten Abstandes wirksam ist.
  • Die erste Kapazität pro Flächeneinheit C1/A kann zum Beispiel um einen Faktor von mindestens 1,5, 2,5 oder um einen Faktor von noch größer als oder gleich 10 größer als die zweite Kapazität pro Flächeneinheit C2/A sein. Dementsprechend kann das Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand um einen Faktor von mindestens 1,5, 2,5 oder um einen Faktor von noch größer als oder gleich 10 größer als das Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann die oben beschriebene Beziehung zwischen der ersten Kapazität pro Flächeneinheit C1/A und der zweiten Kapazität pro Flächeneinheit C2/A und/oder zwischen dem Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand bzw. dem Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand vorhanden sein, falls eine negative Spannung zwischen dem Steueranschluss 13 und dem ersten Lastanschluss 11 angelegt wird, z.B. falls das elektrische Potential der ersten Steuerelektrode 131 niedriger als das an dem ersten Lastanschluss 11 vorhandene elektrische Potential ist. Eine derartige Konfiguration des Halbleiterbauelementes 1 kann ein Erreichen eines vergleichsweise geringen elektrischen Feldes innerhalb des Isolators 141, der zwischen der ersten Elektrode 131 und dem Mesaabschnitt 101-1 wirkt, ermöglichen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Driftzone 101 von mobilen Ladungsträgern in mindestens einem Anteil der Driftzone 101, der an die zusammenhängende Zone 103 angrenzt (z.B. der Mesaabschnitt 101-1), verarmt werden, wenn eine Sperrspannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angelegt wird, wodurch die feste elektrische Ladung der ionisierten Dotierungsatome in der Verarmungszone belassen wird. Jedes ionisierte Dotierungsatom kann z.B. eine quantisierte Elementarladung tragen, im Fall eines ionisierten Donators z.B. eine positive Elementarladung. Die feste Ladung in der Verarmungszone wird somit durch die Menge der Dotierungsatome in der Verarmungszone begrenzt. Die ionisierten Dotierungsatome an dem Referenzpunkt 101-10 können ihre entgegengesetzten Spiegelladungen finden. Jedes Paar aus Ladung und Spiegelladung kann einen elektrischen Feldvektor repräsentieren und das elektrische Feld kann die Anzahl von elektrischen Feldvektoren darstellen, die eine hypothetische Fläche oder eine Flächeneinheit durchdringen. Wenn sie die Gleichung (1) erfüllen, ist es für die ionisierten Dotierungsatome an dem Referenzpunkt 101-10 attraktiver, die Spiegelladung an dem ersten Punkt 103-20 anstatt an dem zweiten Punkt 131-10 zu finden, d.h. mehr Spiegelladungen werden an dem ersten Punkt 103-20 als an dem zweiten Punkt 131-10 gefunden werden, da die Gesamtmenge von Ladungen an dem Referenzpunkt 101-10 begrenzt ist. Somit ist die Anzahl von elektrischen Feldvektoren und das elektrische Feld zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und dem zweiten Punkt 131-10, was das elektrische Feld in dem Isolator 141 ist, geringer als zwischen dem Referenzpunkt 101-10 und dem ersten Punkt 103-20.
  • Wie oben erläutert, kann die allgemeine Konfiguration der Ausführungsform des in 2 schematisch veranschaulichten Halbleiters 1 der Konfiguration der Ausführungsform des in 1A veranschaulichten Halbleiters 1 entsprechen. In 2 sind Abschnitte von zwei der MOS-Steuerköpfe schematisch veranschaulicht. Dementsprechend kann eine zweite Transistorzelle auf der rechten Seite neben dem Graben 14 angeordnet sein, worin ein separater (nicht veranschaulichter) Graben, der zu der Transistorzelle neben dem Graben 14 gehört, angeordnet sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform zeigt der Isolator 141 an der unteren Region 14-1 des Grabens 14 eine erste Dicke t1 entlang der vertikalen Richtung Z und an der oberen Region 14-2 des Grabens 14 eine zweite Dicke t2 entlang der ersten seitlichen Richtung X. Die erste Dicke t1 ist zum Beispiel um einen Faktor von mindestens 1,5, 2, 3, 5 oder noch größer als oder gleich ein Faktor 10 größer als die zweite Dicke t2. Die zweite Dicke t2 beträgt zum Beispiel mindestens 30 nm, mindestens 50 nm, mindestens 75 nm, mindestens 0,1 µm, mindestens 0,5 µm, 1,0 µm oder ist noch größer als 1,0 µm. Durch Einstellen einer bestimmten ersten Dicke t1 kann zum Beispiel auch das in dem Isolator 141 in der unteren Region 14-1 vorhandene elektrische Feld eingestellt werden.
  • Die Dicke des Isolators 141 in der unteren Region 14-1 beträgt zum Beispiel mindestens t1 entlang der gesamten Ausdehnung der unteren Grabenregion 14-1 entlang der ersten seitlichen Richtung X. Mit anderen Worten ist bei einer Ausführungsform die Dicke entlang der vertikalen Richtung Z in der unteren Grabenregion 14-1 nicht kleiner als t1. Des Weiteren beträgt bei einer Ausführungsform die Dicke des Isolators 141 in der oberen Grabenregion 14-2 entlang der ersten seitlichen Richtung X nicht mehr als t2, zumindest in einem Abschnitt, in dem die Bodyzone 103-1 und die erste Elektrode 131 eine Überlappung entlang der vertikalen Richtung Z zeigen.
  • Bei einer Ausführungsform können die Beziehungen zwischen der ersten und der zweiten Kapazität pro Flächeneinheit bzw. zwischen dem Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand und dem Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand aufgrund des vergleichsweise dicken unteren Isolators in dem Graben 14 wie oben erläutert erreicht werden. Damit kann ein vergleichsweise geringes elektrisches Feld innerhalb des Isolators 141 des Grabens 14 erreicht werden.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann die Abschirmzone 103-2 der Transistorzelle auf der rechten Seite des Grabens 14 mit dem Isolator 141 in Kontakt stehen und sich entlang der vertikalen Richtung Z weiter als der Graben 14 erstrecken. Des Weiteren können die untere Grabenregion 14-1 und die benachbarte Abschirmzone 103-2 eine Überlappung entlang der ersten seitlichen Richtung X zeigen. Diese Überlappung beträgt zum Beispiel mindestens 30% und nicht mehr als 65% oder nicht mehr als 95% oder nicht mehr als 115% der Gesamtausdehnung der unteren Grabenregion 14-1 entlang der ersten seitlichen Richtung X. Da diese benachbarte Abschirmzone 103-2 den Graben 14 von der Driftzone 101 nicht vollständig isoliert, selbst wenn die Abschirmzone 103-2 die gesamte untere Region 14-1 bedeckt, kann eine Grabeneckregion 14-3 des Grabens 14 der Driftzone 101 ausgesetzt sein, z.B. mit ihr in Kontakt stehen. In gewissem Sinne kann diese Grabeneckregion 14-3 somit nicht durch die benachbarte Abschirmzone 103-2 „geschützt“ sein. Es versteht sich, dass eine derartige benachbarte Abschirmzone 103-2 auch Teil der Ausführungsform gemäß 1A sein kann, selbst wenn sie nicht in 1A veranschaulicht ist. Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen wird das vergleichsweise geringe elektrische Feld innerhalb eines Abschnitts des Isolators 141 erreicht, der Teil der Grabeneckregion 14-3 ist.
  • Jede der 3A–C veranschaulicht schematisch einen jeweiligen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts weiterer Ausführungsformen des Halbleiterbauelementes 1. Gemäß dieser Ausführungsformen wird eine zweite Elektrode 132 bereitgestellt, die in dem Graben 14 enthalten sein kann, der auch die erste Elektrode 131 umfasst. Was über die übrigen Komponenten des Halbleiterbauelementes 1, z.B. die Anschlüsse 11, 12 und 13, den Halbleiterkörper 10, die Halbleiterzonen 101, 102 und 103, mit Bezug auf die Ausführungsformen gemäß den 1A bis 2 angegeben wurde, kann gleichermaßen für die in den 3A–C veranschaulichten Ausführungsformen gelten.
  • Gemäß diesen Varianten, die durch jede der 3A bis 3C veranschaulicht werden, kann sich ein unteres Ende 132-1 der zweiten Elektrode 132 entlang der vertikalen Richtung Z weiter als ein unteres Ende 131-1 der ersten Elektrode 131 erstrecken. Der Abstand entlang der vertikalen Richtung Z zwischen dem unteren Ende 131-1 der ersten Elektrode 131 und dem unteren Ende 132-1 der zweiten Elektrode 132 beträgt zum Beispiel mindestens 1 µm.
  • Die zweite Elektrode 132 ist zum Beispiel als eine Feldplatte implementiert.
  • Die erste Elektrode 131 und die zweite Elektrode 132 können aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein. Die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Elektrode 132 ist zum Beispiel niedriger als die elektrische Leitfähigkeit der ersten Elektrode 131, beispielsweise um einen Faktor von mindestens 1,5. Bei einer anderen Ausführungsform können die Materialien der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 identisch sein.
  • Die zweite Elektrode 132 kann innerhalb des Grabens 14 angeordnet sein und kann von dem Halbleiterkörper 10 durch den Isolator 141 isoliert sein. Der Isolator 141 kann ferner die zweite Elektrode von der ersten Elektrode 131 isolieren. Somit können die erste Elektrode 131 und die zweite Elektrode 132 getrennt voneinander angeordnet sein und können elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Obwohl die beiden Elektroden 131 und 132 getrennt voneinander angeordnet sein können, können die beiden Elektroden 131 entweder elektrisch miteinander verbunden oder alternativ dazu elektrisch voneinander isoliert sein. Die zweite Elektrode ist zum Beispiel entweder mit dem ersten Lastanschluss 11 oder der ersten Elektrode 11 elektrisch verbunden. Somit kann das elektrische Potential der zweiten Elektrode 132 im Wesentlichen identisch mit dem elektrischen Potential der ersten Elektrode 131 oder dem elektrischen Potential des ersten Lastanschlusses 11 sein.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein elektrisches Potential der zweiten Elektrode 132 separat gesteuert, z.B. unabhängig von einem Steuern eines elektrischen Potentials, das an die erste Elektrode 131 angelegt werden kann. Das elektrische Potential der zweiten Elektrode 132 wird zum Beispiel so gesteuert, dass das elektrische Feld innerhalb des Isolators 141, z.B. in einem Abschnitt des Teils des Isolators 141 der Grabeneckregion 14-3, vergleichsweise niedrig ist. Bei einer Ausführungsform können die Beziehungen zwischen der ersten und der zweiten Kapazität pro Flächeneinheit bzw. zwischen dem Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand und dem Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand aufgrund der zweiten Elektrode 132 wie oben erläutert erreicht werden. Dieser optionale Aspekt ist weiter unten ausführlicher beschrieben.
  • Es versteht sich ferner, dass die zweite Elektrode 132 und die erste Elektrode 131 nicht notwendigerweise innerhalb eines gemeinsamen Grabens angeordnet sein müssen. Die zweite Elektrode 132 kann zum Beispiel in einem separaten (nicht veranschaulichten) Graben angeordnet sein, der seitlich neben dem Graben, der die erste Elektrode 131 enthält, angeordnet ist.
  • Jetzt mit ausführlicherem Bezug auf 3A kann die zweite Elektrode 132 vollständig unter der ersten Elektrode 131 angeordnet sein. Die Dicke t3 des Isolators 141 zwischen der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 entlang der vertikalen Richtung Z ist zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Spannungsdifferenz bestimmt, die zwischen der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 vorhanden sein kann. Die Dicke t3 kann so groß wie oder noch größer als die oben erwähnte Dicke t1 sein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform, die schematisch in 3B veranschaulicht ist, kann die zweite Elektrode 132 seitlich neben der ersten Elektrode 131 angeordnet sein. Der Isolator 141 des Grabens 14 kann immer noch die beiden Elektroden 131 und 132 voneinander isolieren. Die Dicke t4 des Isolators 141 zwischen der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 entlang der ersten seitlichen Richtung X kann wiederum in Abhängigkeit von einer Spannungsdifferenz bestimmt werden, die zwischen der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 vorhanden sein kann. Die Dicke t4 kann so groß wie oder noch größer als die oben erwähnte Dicke t1 sein. Die erste und die zweite Elektrode 131 und 132 können im Wesentlichen die gleichen räumlichen Abmessungen entlang der ersten und der zweiten seitlichen Richtung X und Y zeigen, wobei die Gesamtausdehnung entlang der vertikalen Richtung Z der zweiten Elektrode 132 um einen Faktor von mindestens 1,5 oder mindestens 2 größer als die Gesamtausdehnung entlang der vertikalen Richtung Z der ersten Elektrode 131 sein kann. Dies kann auch zu einer erhöhten Dicke des Isolators 141 in der unteren Region 14-1 im Vergleich zu der Dicke des Isolators 141 in der oberen Region 14-2 des Grabens 14 führen. Im Gegensatz zu der Veranschaulichung von 3B können die Dicken des Isolators 141 entlang der ersten seitlichen Richtung zwischen den Seitenwänden des Grabens 14 und den Elektroden 131, 132 im Wesentlichen miteinander identisch sein.
  • Jetzt mit ausführlicherem Bezug auf die in 3C schematisch veranschaulichte Ausführungsform kann der Halbleiterkörper 10 eine Aktivregion 1-1 und eine Randregion 1-2, die die Aktivregion 1-1 umgibt, umfassen. Die Aktivregion 1-1 und die Randregion 1-2 können miteinander in Kontakt stehen. Die Driftzone 101, die Sourcezone 102 und die zusammenhängende Zone 103 können jeweils in der Aktivregion 1-1 angeordnet sein. Das Halbleiterbauelement 1 ist zum Beispiel dazu konfiguriert, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 hauptsächlich mittels der Aktivregion 1-1 zu befördern. Des Weiteren ist bei einer Ausführungsform die Randregion 1-2 nicht dazu konfiguriert, einen Laststrom zu befördern.
  • Die Randregion 1-2 kann eine Schutzzone 16 umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, die durch den Übergang zwischen der zusammenhängenden Zone 103 und der Driftzone 101 ausgebildete Verarmungsregion zu erweitern. Wie in 3C veranschaulicht, kann sich die Driftzone 101 ferner in die Randregion 1-2 erstrecken und kann mit der Schutzzone 16 in Kontakt stehen.
  • Die Schutzzone 16 umfasst zum Beispiel einen oder mehrere Schutzringe 161 und 162, die die Aktivregion 1-1 umgeben. Das Einsetzen einer Schutzzone, z.B. eines oder mehrerer Schutzringe, innerhalb der Randregion eines Halbleiterbauelementes sowie mögliche Anordnungen und Konfigurationen einer derartigen Schutzzone 16 sind dem Fachmann bekannt und sollen nicht ausführlicher erklärt werden. Jeder der Schutzringe 161, 162, die Bodyzone 103-1, die Abschirmzone 103-2 und die Source 102 können zum Beispiel innerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein, so dass sie eine Überlappung entlang der vertikalen Richtung Z von mindestens 0,5 µm zeigen. Jeder der Schutzringe 161 und 162 kann Dotierstoffe umfassen, die komplementär zu den Dotierstoffen der Driftzone 101 sind. Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Schutzringe 161 und 162 Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen. Jeder der Schutzringe 161 und 162 ist zum Beispiel p-dotiert.
  • Das Halbleiterbauelement 1 kann ferner einen elektrisch leitfähigen Pfad 15 umfassen, der mit der zweiten Elektrode 132 gekoppelt ist und dazu konfiguriert sein kann, ein Signal an die zweite Elektrode 132 zu liefern. Dieses Signal kann sich von dem Steuersignal, das mittels des Steueranschlusses 13 an die erste Elektrode 131 geliefert wird, unterscheiden. Dieses Signal kann durch eine externe Quelle, z.B. einem (nicht veranschaulichten) Gate-Treiber, geliefert werden.
  • Der elektrisch leitfähige Pfad 15 verbindet zum Beispiel die Schutzzone 16 mit der zweiten Elektrode 132. Somit kann das elektrische Potential der zweiten Elektrode von dem elektrischen Potential der Schutzzone 16 abhängig sein. Bei einer anderen Ausführungsform verbindet der elektrisch leitfähige Pfad 15 die zweite Elektrode 132 mit einem anderen Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, wobei der Abschnitt entweder zu der Aktivregion 1-1 oder der Randregion 1-2 gehört.
  • Die Schutzzone 16 kann, z.B. wie oben erläutert, dotiert sein und der elektrisch leitfähige Pfad 15 kann eine Halbleiterregion 151 umfassen, die komplementär zu der Schutzzone 16 dotiert ist. Die Halbleiterregion 151 kann zum Beispiel in einem oder mehreren der Schutzringe 161 und 162 enthalten sein und kann n-dotiert sein. Bei einer Ausführungsform verbindet der elektrisch leitfähige Pfad 15 die Halbleiterregion 151 elektrisch mit der zweiten Elektrode 132 und die Halbleiterregion 151 kann in dem ersten Schutzring 161 enthalten sein.
  • Falls zum Beispiel eine Sperrspannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angelegt wird, ist das elektrische Potential der zweiten Elektrode 132 grundlegend mit dem elektrischen Potential des ersten Schutzringes 161 identisch, z.B. mit einem Niederspannungspunkt des ersten Schutzringes 161. Beispielsweise wird während jeder Änderung von dem Sperrzustand zu dem leitenden Zustand des Halbleiterbauelementes 1 die zweite Elektrode 132 zu einer Spannung herunter entladen, die der Durchlassspannung des pn-Übergangs entspricht, der durch den ersten Schutzring 161 und die Driftzone 101 ausgebildet ist. Falls eine derartige Entladung nicht stattfinden soll, kann die Halbleiterregion 151 gemäß einer Ausführungsform bereitgestellt werden. Aufgrund des elektrisch leitfähigen Pfades 15, der mit dem Halbleiterkörper, z.B. der Schutzzone 16, verbunden ist, kann das elektrische Potential der zweiten Elektrode 132 dem elektrischen Potential der Driftzone 101 folgen, z.B. im Wesentlichen identisch damit sein, wodurch der Isolator 141 nicht hohen Spannungen ausgesetzt wird und hohe elektrische Felder innerhalb des Isolators 141 gemäß einer Ausführungsform vermieden werden können. Jedoch muss, wie oben erläutert, dafür gesorgt werden, dass in diesem Fall der Isolator 141 zwischen der ersten Elektrode 131 und der zweiten Elektrode 132 der Spannungsdifferenz von sowohl der ersten als auch der zweiten Elektrode 131, 132 widerstehen kann. Die Dicke (vgl. Dicke t3 oder t4 in den 3A–C) des Isolators zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 131, 132 muss dementsprechend ausgewählt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes, z.B. das in einer der 3A–3C schematisch veranschaulichte Halbleiterbauelement 1, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Steuern einer Spannung zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11, um das Halbleiterbauelement 1 in den leitenden Zustand oder den Sperrzustand zu versetzen. Zum Versetzen des Halbleiterbauelementes 1 in den Sperrzustand wird zum Beispiel eine negative Spannung oder 0 V zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11 angelegt. Eine Verarmungsregion wird dann zum Beispiel durch die Driftzone 101 und die zusammenhängende Zone 103, spezifischer durch einen pn-Übergang ausgebildet, der durch einen Übergang zwischen der zusammenhängenden Zone 103 und der Driftzone 101 ausgebildet ist. Diese Verarmungszone kann zum Sperren einer zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angelegten Spannung konfiguriert sein. Zum Versetzen des Halbleiterbauelementes in einen leitenden Zustand, in dem ein Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 geleitet werden kann, kann eine positive Spannung zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11 angelegt werden.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt des Anlegens eines elektrischen Potentials an die zweite Elektrode 132 beinhalten. Bei einer Ausführungsform ist das an die zweite Elektrode 132 angelegte elektrische Potential ein definiertes elektrisches Potential, beispielsweise das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11 oder der ersten Elektrode 131. Elektrisches Potential wird zum Beispiel an die zweite Elektrode 132 angelegt, so dass die Spannung zwischen der zweiten Elektrode 132 und dem ersten Lastanschluss 11 größer als die Spannung zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11 wird, beispielsweise, wenn sich der Halbleiter 1 in einem Sperrzustand befindet. Damit kann zum Beispiel ein Verringern des elektrischen Feldes innerhalb des Isolators 141 des Grabens 14 ermöglicht werden. Mit Bezug auf die Ausführungsform des Halbleiters 1 gemäß 3C kann das an die zweite Elektrode 132 angelegte elektrische Potential zum Beispiel mittels der Spannung gesteuert werden, die durch die Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Schutzring 161 im Sperrzustand definiert ist. Mit Bezug auf die Ausführungsform des Halbleiters 1 gemäß 3C kann das an die zweite Elektrode 132 angelegte elektrische Potential zum Beispiel mittels der Durchbruchspannung gesteuert werden, die durch den pn-Übergang definiert ist, der zwischen einem Übergang der Halbleiterregion 151 und dem Schutzring 161 ausgebildet ist.
  • Falls sich das Halbleiterbauelement 1 in einem leitenden Zustand befindet, kann das an die zweite Elektrode 132 angelegte elektrische Potential gleich dem an die erste Elektrode 131 angelegten elektrischen Potential sein. Somit kann während des leitenden Zustandes eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Lastanschluss 11 identisch mit einer Spannung zwischen der zweiten Elektrode 132 und dem ersten Lastanschluss 11 sein. Falls sich das Halbleiterbauelement 1 in einem Sperrzustand befindet, kann sich das an die zweite Elektrode 132 angelegte elektrische Potential von dem an die erste Elektrode 131 angelegten elektrischen Potential, wie oben erläutert, unterscheiden. Während des Sperrzustandes können zum Beispiel die Spannung zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11 und die Spannung zwischen der zweiten Elektrode 132 und dem ersten Lastanschluss unterschiedliche Vorzeichen zeigen, z.B. ist die Spannung zwischen der ersten Elektrode 131 und dem ersten Lastanschluss 11 negativ und die Spannung zwischen der zweiten Elektrode 132 und dem ersten Lastanschluss positiv bzw. im Wesentlichen Null. Ein derartiges Steuern des elektrischen Potentials der zweiten Elektrode kann zum Beispiel ein Verringern des elektrischen Feldes, das innerhalb des Isolators 141 vorhanden ist, und/oder ein Verteilen des Laststroms innerhalb des Mesaabschnitts 101-1 und/oder ein Induzieren eines Akkumulationskanals entlang der zweiten Elektrode 132 im leitenden Zustand ermöglichen.
  • Zum Steuern des elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 132 wird zum Beispiel das Signal verwendet, das der ersten Elektrode 131 geliefert werden kann. Ein (nicht veranschaulichter) Gate-Treiber wird zum Beispiel zum Erzeugen des Signals, das der ersten Elektrode 131 geliefert werden soll, wie dem Fachmann bekannt, eingesetzt. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Schaltungsanordnung, z.B. ein Diodennetz, das eine oder mehrere Dioden umfasst, verwendet, die das durch den Gate-Treiber gelieferte Signal empfängt und es in ein zweites Signal umwandelt, das der zweiten Elektrode 132 geliefert werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform kann zum Steuern des elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 132 eine Spannung verwendet werden, die an die zweite Elektrode 132 über eine leitfähige Verbindung geliefert werden kann, wobei die leitfähige Verbindung z.B. eine separate (nicht veranschaulichte) Kontaktstelle beinhalten kann. Somit kann die Kontaktstelle, die außerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein kann, mit der zweiten Elektrode 132 elektrisch verbunden sein und kann die Spannung an die zweite Elektrode 132 liefern. Die Spannung kann eine Festspannung sein, z.B. eine Spannung, die eine im Wesentlichen konstante Größe besitzt.
  • Die in den 1A bis 3C schematisch veranschaulichten wie oben beschriebenen Ausführungsformen beinhalten die Erkenntnis, dass für siliziumbasierte Halbleiterbauelemente die Stelle eines Durchbruchs durch ein kritisches elektrisches Feld, das in Volumensilizium vorhanden ist, definiert sein kann, da dieses kritische Feld erheblich geringer als das kritische Feld von Siliziumdioxid sein kann. Mit Bezug auf Halbleiterbauelemente mit breiter Bandlücke, wie etwa SiC-basierte Halbleiterbauelemente, kann die Stelle des Durchbruchs jedoch in der Nähe des Oxids, z.B. des in einem Graben enthaltenen Isolators, sein. Aufgrund des erhöhten kritischen Feldes von Halbleiterbauelementen mit breiter Bandlücke kann es wünschenswert sein, dass sich das Maximum eines elektrischen Feldes innerhalb eines Oxids, z.B. der Isolator eines Grabens, unter einem bestimmten Schwellwert befindet, wie etwa 3 MV/cm oder wie etwa 2 MV/cm. Beispielsweise mit Bezug auf ein MOSFET mit breitem Bandlückengraben kann ein hohes elektrisches Feld innerhalb des Isolators des Grabens während des Sperrzustandes auftreten, z.B. wenn eine negative Spannung an die Gate-Elektrode, die in dem Graben enthalten sein kann, angelegt wird. Eine Grabeneckregion des Grabens, die nicht von der Driftzone mittels einer Abschirmzone isoliert ist, kann zum Beispiel den Punkt umfassen, an dem das höchste elektrische Feld auftritt. Gemäß einer oder mehrerer oben beschriebener Ausführungsformen kann eine Verringerung des elektrischen Feldes, das innerhalb der Region des Grabens vorhanden ist, durch Bereitstellen eines dickeren Isolators in der unteren Region des Grabens (vgl. die Ausführungsform gemäß der 2) und/oder durch Bereitstellen einer zweiten Elektrode (vgl. die Ausführungsformen gemäß den 3A–3C) erzielt werden.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können zum Ausbilden zusätzlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Vorstehend wurden Ausführungsformen, die zu Halbleiterbauelementen und zu Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes gehören, erläutert. Diese Halbleiterbauelemente basieren zum Beispiel auf einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke, wie etwa Siliziumkarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN) oder Bornitrid (BN), um nur einige zu nennen. Dementsprechend kann eine Halbleiterregion oder -schicht, z.B. die Halbleiterzonen 101, 101-1, 102, 103, 103-1, 103-2 von oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, eine dotierte SiC-Region oder SiC-Schicht sein.
  • Es versteht sich allerdings, dass die Halbleiterregionen 101, 101-1, 102, 103, 103-1, 103-2 von oben beschriebenen Ausführungsbeispielen aus einem beliebigen Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke bestehen können, das zum Herstellen eines Halbleiterbauelements geeignet ist.
  • Die räumlichen Begriffe, wie „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, „rechts“, „links“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Stellung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Es wird beabsichtigt, dass diese Begriffe zusätzlich zu denjenigen, die in den Figuren bildlich dargestellt sind, verschiedene Ausrichtungen des entsprechenden Bauelements umfassen. Ferner werden auch Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben und es wird auch hier nicht beabsichtigt, dass diese einschränkend sind. Über die gesamte Beschreibung hinweg beziehen sich gleiche Begriffe auf ähnliche Elemente.
  • Die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“, „zeigen“ und dergleichen sind offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus. Es wird beabsichtigt, dass die Artikel „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sowohl die Mehrzahl als auch die Einzahl beinhalten, es sei denn, dass der Zusammenhang klar anderes angibt.
  • In Anbetracht der obigen Bandbreite von Variationen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente beschränkt.

Claims (24)

  1. Halbleiterbauelement (1), das einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12), einen Steueranschluss (13) und einen Halbleiterkörper (10) mit einer Driftzone (101) umfasst, wobei der Halbleiterkörper (10) durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten und wobei das Halbleiterbauelement (1) Folgendes beinhaltet: – eine Sourcezone (102), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; – eine Bodyzone (103-1) und eine Abschirmzone (103-2), die beide in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet sind und eine zusammenhängende Zone (103) ausbilden, die die Sourcezone (102) von der Driftzone (101) isoliert, wobei die Abschirmzone (103-2) mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; – einen Graben (14), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang einer vertikalen Richtung (Z) erstreckt und einen Isolator (141) umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht; – eine erste Elektrode (131), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei die erste Elektrode (131) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist; und – einen Mesaabschnitt (101-1), der in der Driftzone (101) unter der Bodyzone (103-1) angeordnet ist und die Abschirmzone (103-2) von dem Graben (14) entlang einer ersten seitlichen Richtung (X) trennt, wobei eine erste Kapazität pro Flächeneinheit (C1/A), die durch einen in dem Mesaabschnitt (101-1) enthaltenen Bereich und durch einen in der Abschirmzone (103-2) enthaltenen Bereich ausgebildet ist, größer als eine zweite Kapazität pro Flächeneinheit (C2/A) ist, die durch einen in dem Mesaabschnitt (101-1) enthaltenen Bereich und durch einen in der ersten Elektrode (131) enthaltenen Bereich ausgebildet ist.
  2. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, wobei: – der in dem Mesaabschnitt (101-1) enthaltene Bereich mindestens ein Teil eines ersten Grenzbereiches einer Verarmungsregion ist, die durch die Abschirmzone (103-2) und die Driftzone (101) ausgebildet ist; und – der in der Abschirmzone (103-2) enthaltene Bereich mindestens ein Teil eines zweiten Grenzbereiches der Verarmungsregion ist; – der in der ersten Elektrode (131) enthaltene Bereich mindestens ein Teil einer Elektrodenoberfläche ist, die in Kontakt mit dem Isolator (141) steht.
  3. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mesaabschnitt (101-1) einen Referenzpunkt (101-10) umfasst, der mindestens so tief wie eine Unterseite (142) des Grabens (14) und in einer Mitte eines Abstandes entlang der ersten seitlichen Richtung (X) zwischen der Abschirmzone (103-2) und dem Graben (14) angeordnet ist, und wobei es einen ersten Abstand zwischen dem Referenzpunkt (101-10) und einem ersten Punkt (103-20) innerhalb der Abschirmzone (103-2) und einen zweiten Abstand zwischen dem Referenzpunkt (101-10) und einem zweiten Punkt (131-10) innerhalb der ersten Elektrode (131) gibt, und wobei ein Verhältnis der ersten Dielektrizitätskonstante zu dem ersten Abstand größer als ein Verhältnis der zweiten Dielektrizitätskonstante zu dem zweiten Abstand ist, wobei die erste Dielektrizitätskonstante entlang des ersten Abstandes wirksam ist und die zweite Dielektrizitätskonstante entlang des zweiten Abstandes wirksam ist.
  4. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dotierstoffkonzentration der Abschirmzone (103-2) größer als eine Dotierstoffkonzentration der Bodyzone (103-1) ist.
  5. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Abschirmzone (103-2) entlang der vertikalen Richtung (Z) weiter als die Bodyzone (103-1) erstreckt.
  6. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Abschirmzone (103-2) mindestens so weit entlang der vertikalen Richtung (Z) wie der Graben (14) erstreckt.
  7. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (141) Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid und/oder ein Nieder-k-Dielektrikum umfasst.
  8. Halbleiterbauelement (1), das einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12), einen Steueranschluss (13) und einen Halbleiterkörper (10) mit einer Driftzone (101) umfasst, wobei der Halbleiterkörper (10) durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten und wobei das Halbleiterbauelement (1) Folgendes beinhaltet: – eine Sourcezone (102), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; – eine zusammenhängende Zone (103), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet ist und die Sourcezone (102) von der Driftzone (101) isoliert; – einen Graben (14), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang einer vertikalen Richtung (Z) erstreckt und eine erste Elektrode (131), die mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist, und einen Isolator (141) umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht, wobei der Isolator (141) die erste Elektrode (131) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert, wobei der Isolator (141) an einer unteren Region (14-1) des Grabens (14) eine erste Dicke (t1) entlang der vertikalen Richtung (Z) und an einer oberen Region (14-2) des Grabens (14) eine zweite Dicke (t2) entlang einer ersten seitlichen Richtung (X) zeigt, wobei die erste Dicke (t1) um einen Faktor von mindestens 1,5 größer als die zweite Dicke (t2) ist.
  9. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 8, wobei die zweite Dicke (t2) mindestens 30 nm beträgt.
  10. Halbleiterbauelement (1), das einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12), einen Steueranschluss (13) und einen Halbleiterkörper (10) mit einer Driftzone (101) umfasst, wobei der Halbleiterkörper (10) durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten und wobei das Halbleiterbauelement (1) Folgendes beinhaltet: – eine Sourcezone (102), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; – eine zusammenhängende Zone (103), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet ist und die Sourcezone (102) von der Driftzone (101) isoliert; – einen Graben (14), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang einer vertikalen Richtung (Z) erstreckt und einen Isolator (141) umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht; und – eine erste Elektrode (131), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei die erste Elektrode (131) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist; und – eine zweite Elektrode (132), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei der Isolator (141) die zweite Elektrode (132) von der ersten Elektrode (131) isoliert.
  11. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10, wobei sich ein unteres Ende (132-1) der zweiten Elektrode (132) entlang der vertikalen Richtung (Z) weiter als ein unteres Ende (131-1) der ersten Elektrode (131) erstreckt.
  12. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Elektrode (132) geringer als die elektrische Leitfähigkeit der ersten Elektrode (131) ist.
  13. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei die zweite Elektrode (132) von der ersten Elektrode (131) elektrisch isoliert ist.
  14. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei die zweite Elektrode (132) mit dem ersten Lastanschluss (11) oder der ersten Elektrode (131) oder einer Halbleiterregion (151) des Halbleiterkörpers (10) elektrisch verbunden ist.
  15. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, das ferner einen elektrisch leitfähigen Pfad (15) umfasst, der mit der zweiten Elektrode (132) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, ein Signal an die zweite Elektrode (132) zu liefern.
  16. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 15, wobei: – der Halbleiterkörper (10) eine Aktivregion (1-1) und eine Randregion (1-2), die die Aktivregion (1-1) umgibt, umfasst; – die Driftzone (101), die Sourcezone (102) und die zusammenhängende Zone (103) in der Aktivregion (1-1) angeordnet sind; – die Randregion (1-2) eine Schutzzone (16) umfasst, die dazu konfiguriert ist, die durch die zusammenhängende Zone (103) und die Driftzone (101) ausgebildete Verarmungsregion zu erweitern; und – der elektrisch leitfähige Pfad (15) die Schutzzone (16) mit der zweiten Elektrode (132) verbindet.
  17. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 16, wobei die Schutzzone (16) dotiert ist und wobei der elektrisch leitfähige Pfad (15) eine Halbleiterregion (151) umfasst, die komplementär zu der Schutzzone (16) dotiert ist.
  18. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Schutzzone (16) und die zusammenhängende Zone (103) mit Dotierstoffen desselben Leitfähigkeitstyps dotiert sind.
  19. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Driftzone (101) und die Sourcezone (102) jeweils Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps umfassen und wobei die zusammenhängende Zone (103) Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, umfasst.
  20. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (131) dazu konfiguriert ist, ein Steuersignal von dem Steueranschluss (13) zu empfangen und wobei das Halbleiterbauelement (1) dazu konfiguriert ist, in einen leitenden Zustand oder einen Sperrzustand in Abhängigkeit von dem Steuersignal versetzt zu werden, wobei in dem Sperrzustand eine durch die zusammenhängende Zone (103) und die Driftzone (101) ausgebildete Verarmungsregion dazu konfiguriert ist, eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu sperren.
  21. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (141) des Grabens (14) mit sowohl der Driftzone (101), der Sourcezone (102) als auch der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht.
  22. Verfahren zum Betrieb eines Halbleiterbauelementes (1), wobei das Halbleiterbauelement (1) einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12), einen Steueranschluss (13) und einen Halbleiterkörper (10) mit einer Driftzone (101) umfasst, wobei der Halbleiterkörper (10) durch ein Halbleitermaterial mit einer Bandlücke, die größer als die Bandlücke von Silizium ist, ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten, und wobei das Halbleiterbauelement (1) Folgendes beinhaltet: – eine Sourcezone (102), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; – eine zusammenhängende Zone (103), die in dem Halbleiterkörper (10) angeordnet ist und die Sourcezone (102) von der Driftzone (101) isoliert; – einen Graben (14), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang einer vertikalen Richtung (Z) erstreckt und einen Isolator (141) umfasst, der mit der zusammenhängenden Zone (103) in Kontakt steht; und – eine erste Elektrode (131), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei die erste Elektrode (131) mit dem Steueranschluss (13) elektrisch verbunden ist; und – eine zweite Elektrode (132), die innerhalb des Grabens (14) angeordnet und von dem Halbleiterkörper (10) durch den Isolator (141) isoliert ist, wobei der Isolator (141) die zweite Elektrode (132) von der ersten Elektrode (131) isoliert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Steuern einer Spannung zwischen der ersten Elektrode (131) und dem ersten Lastanschluss (11), um das Halbleiterbauelement (1) in einen leitenden Zustand oder einen Sperrzustand zu versetzen; und – Anlegen eines elektrischen Potentials an die zweite Elektrode (132).
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das an die zweite Elektrode (132) angelegte elektrische Potential das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses (11) oder das elektrische Potential der ersten Elektrode (131) oder das elektrische Potential einer Halbleiterregion (151) des Halbleiterkörpers (10) ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei das elektrische Potential an die zweite Elektrode (132) angelegt wird, so dass die Spannung zwischen der zweiten Elektrode (132) und dem ersten Lastanschluss (11) größer als die Spannung zwischen der ersten Elektrode (131) und dem ersten Lastanschluss (11) ist, wenn sich das Halbleiterbauelement (1) im Sperrzustand befindet.
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