DE102004052153B4 - Vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit Gateanschluss auf der Rückseite und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) mit folgenden Merkmalen: – eine Driftzone (9) eines ersten Leitfähigkeitstyps, – eine MOS-Struktur (12), die auf der Oberseite der Driftzone (9) angeordnet ist, – wobei die MOS-Struktur – eine Vielzahl von Bodyzonen (13) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich im Bereich der Oberfläche der Driftzone (9) erstrecken, – eine Vielzahl von Sourcezonen (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, die in die Bodyzone (13) eingebracht sind, – und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Gates (15), die mittels eines Gateoxids (17) von der Bodyzone (13) isoliert sind und die bei entsprechender Ansteuerung für einen leitenden Kanal (18) in der Bodyzone (13) zwischen den Sourcezonen (14) und der Driftzone (9) sorgen, aufweist, – eine Drainzone (10) unterhalb der Driftzone (9), – eine Drainelektrode (11) an der Rückseite (3) des Bauelements (1) und in elektrischem Kontakt mit der Drainzone (10), – eine Sourceelektrode (16) an der Vorderseite des Bauelements (1) und in elektrischem Kontakt mit den Sourcezonen (14), – eine Gateelektrode in elektrischem Kontakt mit den Gates (15), und wobei die Gates (15) und die an der Vorderseite (2) liegenden Bereiche der Gateelektrode mit einer über ihnen liegenden Isolation (28) bedeckt sind, und wobei die Gateelektrode mittels einer leitenden vertikalen Gatedurchführung (7) durch das Bauelement (1) an die Rückseite (3) des Bauelements (1) geführt ist, wobei die vertikale Gatedurchführung (7) von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur (12), der Driftzone (9) und der Drainzone (10) elektrisch isoliert ist, und wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) einen Randabschluss (4) aufweist, der ausgelegt ist, um im Sperrfall Spannung zwischen der Gatedurchführung (7) und der Drainzone (10) abzubauen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements.
• Konventionelle vertikale Leistungshalbleiterbauelemente haben eine Vorder- und eine Rückseite. Bei ihnen befindet sich der Sourceanschluss, beziehungsweise die Kathode, zusammen mit dem Gateanschluss auf der Vorderseite, während der Drainanschluss, beziehungsweise die Anode, auf der Rückseite des Transistors angebracht ist.
• Dabei ist die Rückseite auf einem Chipträger befestigt, welcher wiederum auf einem Kühlkörper befestigt ist.
• Es gibt Anwendungen, bei denen der Wunsch besteht, die Source auf dem Chipträger und dem Kühlkörper zu befestigen, wobei das Gate von außen anschließbar und nicht mit der Source kurzgeschlossen sein soll.
• Aus US 5 134 448 A ist ein Leistungs-MOSFET-Transistor bekannt, dessen Gate und Drain auf einer Seite und dessen Source auf der anderen Seite liegt. Dazu wird die Schichtreihenfolge eines konventionellen Leistungstransistors umgekehrt, so dass die Source auf der Rückseite und das Drain auf der Vorderseite liegen. Der sich ergebene Transistor wird auch als source-down Transistor bezeichnet. Ein solcher source-down Transistor braucht mehr Platz als ein konventioneller Leistungstransistor, weil bei ihm ein zusätzlicher Anschluss für die Source und die Bodyzone notwendig ist. Zudem ist die Fertigung des source-down Transistors sehr aufwändig.
• Die WO 99/43 027 A1 stellt einen EMV-optimierten Leistungsschalter bereit, bei dem die Anschlüsse für auf der Vorderseite befindliche Gates mittels einer Durchführung durch die Driftzone auf die Rückseite des Transistors geführt werden. Die Durchführung ist von der Driftzone mittels einer Isolierung getrennt. In der US 6 274 904 B1 wird eine Randstruktur in einer Driftzone gezeigt. Ein Halbleiterkörper des einen Leitfähigkeitstyps hat einen Randbereich mit einer Vielzahl von Regionen des anderen Leitfähigkeitstyps.
• Gemäß der US 6 114 768 A wird mittels einer Durchführung durch eine Driftzone der Sourcekontakt auf die Seite, auf der sich der Drainkontakt befindet, geführt. In der US 5 473 176 A wird eine vergrabene Gateelektrode in einer U-förmigen Furche untergebracht, die sich an der Oberseite eines MOSFET befindet.
• Die DE 100 42 226 A1 zeigt einen Source-Down-Leistungs-MOSFET, dessen Rückseite aus einem p-leitenden Substrat besteht, in das ein n-leitendes Sourcegebiet eingebettet ist, das über eine nicht gleichrichtende Verbindung mit dem Substrat kurzgeschlossen ist.
• In der DE 102 16 633 A1 werden die Gates in Gräben untergebracht, wobei sich der Gateanschluss auf der gleichen Seite wie der Drainanschluss befindet.
• Die DE 102 14 151 A1 zeigt ein Halbleiterbauelement in Form eines Graben-Transistors mit einem in einem Halbleiterkörper ausgebildeten mehrere gleichartige Transistorzellen aufweisenden Zellenfeld und wenigstens einer am Rand des Zellenfeldes ausgebildeten Randzelle, wobei jede der Transistorzellen eine in einem Graben ausgebildete Steuerelektrode und die Randzelle eine in einem Graben ausgebildete Feldplatte aufweist, wobei der Abstand des Grabens der Randzelle zu dem Graben der unmittelbar benachbarten Transistorzelle geringer ist als der Abstand eines Grabens einer Transistorzelle zu dem Graben einer unmittelbar benachbarten Transistorzelle in dem Zellenfeld ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vertikalen Leistungstransistor zur Verfügung zu stellen, der platzsparend und einfach herstellbar ist und der mit der Seite, auf der sich der Sourceanschluss, beziehungsweise die Kathode, befindet, auf einem Chipträger befestigt werden kann, wobei das Gate von außen anschließbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
• Gemäß der Erfindung wird ein vertikal leitendes Leistungshalbleiterbauelement angegeben. Es hat eine Driftzone des ersten Leitfähigkeitstyps. Der Leitfähigkeitstyp ist entweder n, wenn die freien Ladungsträger Elektronen in einem n dotierten Gebiet sind, oder p, wenn die Löcher in p dotierten Gebieten die freien Ladungsträger darstellen.
• Das Bauelement enthält auch eine MOS-Struktur, die auf der Oberseite der Driftzone angeordnet ist. Hier und im folgenden wird die Vorderseite des Bauelements oben und seine Rückseite unten angenommen. Die MOS-Struktur weist eine Vielzahl von Bodyzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich auf der Oberfläche der Driftzone erstrecken, und eine Vielzahl von Sourcezonen auf. Die Sourcezonen sind in den Bodyzonen eingebracht und weisen den ersten Leitfähigkeitstyp auf. Zu der MOS-Struktur gehören auch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Gates. Sie sind mittels einer Gateisolierung, beispielsweise aus Siliziumoxid, von der Bodyzone und den anderen Halbleitergebieten isoliert. Die Gates sorgen bei entsprechender Ansteuerung, d. h. bei Anlegen einer bestimmten Spannung für einen leitenden Kanal innerhalb der Bodyzone zwischen den Sourcezonen und der Driftzone.
• Das Bauelement weist weiterhin eine Drainzone unterhalb der Driftzone und einen Randabschluss seitlich der MOS-Struktur auf. Eine Drainelektrode befindet sich auf der Rückseite des Bauelements in elektrischem Kontakt mit der Drainzone, eine Sourceelektrode ist auf der Vorderseite elektrisch mit der Sourcezone verbunden und eine Gateelektrode ist in elektrischem Kontakt mit den Gates, die sich auf der Vorderseite befinden.
• Die Gatelektrode wird mittels einer leitenden horizontalen Querführung an den Rand des Bauelements und am Rand durch das Bauelement hindurch mittels einer vertikalen Durchführung auf die Rückseite des Bauelements geführt. Die vertikale Durchführung ist von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur und der Driftzone und der Drainzone elektrisch isoliert. Auf den Gates und den Bereichen der Gateelektrode, die sich auf der Vorderseite befinden, liegt eine Isolationsschicht, die die Gates und die Gateelektrode bedeckt.
• Durch die angegebene Struktur ist es möglich, den Aufbau eines herkömmlichen Leistungsbauelements im wesentlichen zu belassen und trotzdem den Anschluss der Gateelektrode auf der Rückseite des Bauelements vorzusehen. Die Abfolge und der Aufbau der Gates und der Halbleiterschichten Drainzone, Driftzone, Bodyzone und Sourcezone hat sich gegenüber dem herkömmlichen Leistungshalbleiterbauelement nicht verändert. Hinzu kommt aber die Querführung und die Durchführung der Gateelektrode und die notwendigen Anpassungen zur Isolation der Gateelektrode.
• Dadurch ist es möglich, das Bauelement mit der Vorderseite auf einem Chipträger, der eine elektrisch leitenden Oberseite hat, aufzubringen und so die Drainelektrode an die Oberseite des Chipträgers elektrisch anzuschließen. Die Isolationsschicht auf den Gates und der Gateelektrode bewirkt, dass es dabei zu keinem Kurzschluss zwischen den Gates und der Drainelektrode kommt. Die Gateelektrode ist auf die Rückseite geführt und kann dort wie die Sourceelektrode von außen kontaktiert werden. Die Gatedurchführung erfolgt platzsparend am Rand, weil am Rand wegen der Durchbruchgefahr keine MOS-Strukturen untergebracht sind.
• Die Gateelektrode ist auf der Chipoberseite nach oben isoliert, damit die Sourceelektrode auf der Vorderseite von aussen angeschlossen werden kann, ohne einen Kurzschluss zwischen Gateelektrode und Sourceelektrode zu bewirken.
• Im diesem Zusammenhang werden auch solche Bereiche des Bauelements als Rand betrachtet, die zwar nicht am seitlichen Abschluss sondern in der Mitte des Bauelements liegen, aber von Randstrukturen umgeben und durch diese von den MOS-Strukturen getrennt sind.
• Wenn die vertikale Durchführung aus dotiertem Halbleitermaterial besteht, kann das schon vorhandene Halbleitermaterial für die Gatedurchführung verwendet werden. Die Gatedurchführung braucht dann nur noch von dem restlichen Halbleitermaterial isoliert zu werden.
• Wenn die vertikale Durchführung aus Metall oder aus metallhaltigem Material besteht, ergibt sich der Vorteil, dass der Widerstand von dem externen Gateanschluss zu den Gates verringert und somit das Schaltverhalten des Leistungshalbleiterbauelements beschleunigt wird.
• Die Gatedurchführung kann durch Ätzen eines Trenches und anschließendes Verfüllen des Grabens mit einem leitenden Material erzeugt werden. Wenn das leitende Material Polysilizium ist, kann der Graben schmal ausgelegt werden, weil Polysilizium auch in tiefen, schmalen Gräben abgeschieden werden kann.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gatedurchführung mittels zweier entgegengesetzter pn-Übergänge elektrisch isoliert. Dabei braucht das schon vorhandene Halbleitermaterial nur noch mit der entsprechenden Dotierung versehen werden.
• In einer weiteren Ausführungsform liegt neben der vertikalen Gatedurchführung eine Halbleiteroxidschicht, die die Gatedurchführung von den anderen Halbleitergebieten der MOS-Struktur, von der Drainzone und von der Sourcezone elektrisch isoliert. Eine solche Halbleiteroxidschicht lässt sich nach dem Ätzen eines Grabens durch Oxidation des Halbleitermaterials herstellen, so dass die ursprüngliche Struktur der Grabenwände bestehen bleibt.
• Der bei einem herkömmlichen Bauelement vorgesehene Randabschluss sorgt im Sperrfall für einen Spannungsabbau zwischen Drain und Source auf der Bauelementvorderseite. Dabei liegen die gesamte Chiprückseite sowie der seitliche Rand des Chips auf Drainpotential. In der vorliegenden Erfindung wird dagegen der Randabschluss dazu verwendet, im Sperrfall den hohen Potentialunterschied zwischen der Gatedurchführung und der Drainzone auf der Rückseite des Halbleiterbauelements abzubauen, während auf der Vorderseite nur der relativ geringe Potentialunterschied zwischen Gate und Source aufzunehmen ist. Der seitliche Rand des Chips liegt dabei näherungsweise auf dem Gate- oder Sourcepotential.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Drainzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Das Leistungshalbleiterbauelement ist somit ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Dieser Leistungstransistor ist ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gateanschluss.
• Wenn die Drainzone vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, bildet das Leistungshalbleiterbauelement einen Leistungs-MOSFET. Besonders bei diesen Leistungstransistoren ist es gewünscht, die Gateelektrode auf der gleichen Seite wie die Drainelektrode anschließen zu können, um die Source auf einem leitenden Chipträger aufbringen und damit effektiv kühlen zu können. Mit solchen Transistoren können außerdem zusammen mit herkömmlichen Leistungs-MOSFETs in einfacher Weise Vollbrücken realisiert werden. Bei einer solchen Brücke werden zwei Transistor mit ihren Drainelektroden an das hohe Versorgungspotential und zwei Transistoren mit ihren Sourceelektroden an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen. Beispielsweise können zwei herkömmliche Transistoren mit ihren Drainelektroden auf einen gemeinsamen Chipträger aufgebracht werden, der mit dem hohen Versorgungspotential verbunden wird, während zwei erfindungsgemäße Transistoren mit ihren Sourceelektroden auf einem zweiten, mit dem niedrigen Versorgungspotential verbundenen Chipträger aufgebracht werden.
• Wenn sich das Gate in einem Graben, der in das Halbleitermaterial auf der Vorderseite des Halbleiterbauelements eingebracht ist, befindet, handelt es sich bei dem Bauelement um einen Trenchgate-Bauelement. Ein solches ist besonders platzsparend, weil das Gebiet, in dem der Kanal sich ausbildet, vertikal und nicht horizontal liegt.
• Bei einem Superjunction Transistor sind in die Driftzone Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps eingebracht. Dadurch stehen im Sperrfall den durch die Höhe der n-Dotierung bestimmten Ladungen in der Driftzone auf gleicher Höhe kompensierende Gegenladungen zur Verfügung, so dass im Durchlassfall die Anzahl der freien Ladungsträger erhöht werden kann, ohne die Gefahr des Durchbruchs zu erhöhen. Die Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps werden auch als Kompensationsgebiete bezeichnet.
• Vorteilhafterweise enthält die Oberfläche der Sourceelektrode ein lötbares Metall, so dass die elektrische Verbindung der Sourceelektrode von außen über eine Lötverbindung erfolgen kann. Dadurch ergibt sich ein geringer Kontaktwiderstand.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines vertikal leitenden Leistungshalbleiterbauelements. Bei diesem werden die oben beschriebenen Strukturen im Halbmaterial, das Gateoxid und die Gates hergestellt. Zu den Strukturen im Halbleitergebiet gehören die Drainzone, die Driftzone, die Bodyzonen, die Sourcezonen und eventuell die Säulen für den Superjunctiontransistor, die Strukturen für den Randabschluss und die Isolation der Gatedurchführung.
• Anschließend wird das Gate elektrisch geprüft und die Metallisierung auf die Vorderseite aufgebracht. Zur Isolierung der Gateelektrode wird auf ihr eine Passivierung oder Isolationsschicht abgeschieden. Von der Rückseite wird das Halbmaterial nun gedünnt, um die Dicke der Drainzone zu verringern. Anschließend wird auf der Rückseite die Metallisierung für die Gate- und Drainelektrode und die Passivierung aufgebracht. Somit bestehen die metallischen Kontakte für das Bauelement, das nun von außen angeschlossen werden kann.
• Leitungs-Transistoren, die als Superjunction-Transistoren Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Driftzone enthalten können, werden vorteilhafterweise so gefertigt, dass die Strukturen im Halbleitergebiet auf die folgende Weise mit denselben Arbeitsschritten erfolgt. Die Halbleitergebiete, die für die Isolation der Gatedurchführung von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur, der Driftzone und der Drainzone sorgen, werden mit denselben Arbeitsschritten wie die Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps und/oder die Bereiche der Driftzone, die die Säulen des zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben, gefertigt. Ein solcher Arbeitsschritt kann zum Beispiel eine Epitaxie sein. Durch Fertigen mit denselben Arbeitsschritten ergibt sich eine Zeitersparnis und verringert sich die Komplexität der Fertigung.
• Erfindungsgemäß wird der Gateanschluss mittels eines gegen Source und Drain isolierten leitenden Gebiets durch den Chip zur Rückseite geführt, was insbesondere bei Superjunction-Bauelementen wegen der aufgrund der Struktur vorhandenen Isolationsmöglichkeiten zur Drain ohne viel zusätzlichen Prozessaufwand möglich ist.
• Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht.
• 1 zeigt im Schnitt ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit einer erfindungsgemäßen Gatedurchführung.
• 2 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Gatedurchführung aus p-dotiertem Halbleitermaterial.
• 3 zeigt im Schnitt in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit einer isolierten Gatedurchführung aus Metall.
• 1 zeigt einen Schnitt durch ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement 1. Das Halbleiterbauelement hat eine Vorderseite 2 und eine Rückseite 3, wobei die Vorderseite 2 oben und die Rückseite 3 unten gezeigt ist. Links sind die Halbleiterstrukturen, die den Transistor bilden gezeigt, daran rechts schließt sich ein Randabschluss 4 an, es folgen die Isolationsschichten 5 und 6 und eine vertikale Gatedurchführung 7 am Rand 8 des Halbleiterbauelements 1.
• In den Halbleiterstrukturen, die den Transistor bilden, befindet sich eine Driftzone 9 aus schwach dotiertem n-Halbleitermaterial. Unterhalb der Driftzone 9 befindet sich ein aus hoch dotiertem n⁺-Halbleitermaterial bestehende Drainzone 10 mit einer metallischen Drainelektrode 11. Oberhalb der Driftzone 9 sind MOS-Strukturen 12, die aus p-dotierten Bodyzonen 13, aus n⁺-dotierten Sourcezonen 14 und Gates 15 bestehen, eingebracht. Die Bodyzonen 13 und die Sourcezonen 14 sind mit der Sourceelektrode 16 verbunden. Die Gates 15 sind aus Polysilizium und sind von der Sourceelektrode 16 und von den Halbleitergebieten der Driftzone 9, der Bodyzone 13 und der Sourcezone 14 mittels der Gateisolierung 17, die aus Siliziumoxid besteht, getrennt. Die Gates 15 sind untereinander über eine gemeinsame Gateelektrode verbunden, die hier nicht gezeigt ist. Unterhalb der Bodyzonen 13 erstrecken sich Säulen 19 aus p dotiertem Material.
• Wenn an die Gateelektrode eine Spannung so angelegt wird, dass die Spannung zwischen Source und Gate einen Schwellwert überschreitet, bewirkt dies, dass sich in den Bodyzonen 13 zwischen den Sourcezonen 14 und der Driftzone 9 leitende Kanäle 18 ausbilden. Dies bewirkt einen Stromfluss von den Sourcegebieten 14 zu dem Draingebiet 10.
• Die beschriebene Struktur bildet einen Leistungs-MOS-Transistor. Wenn im Sperrfall an den Gates der Schwellwert unterschritten ist, bildet sich kein Kanal 18 zwischen der Driftzone 9 und den Sourcezonen 14. Es liegt zwischen der Driftzone 9 und den anderen Halbleitergebieten aber eine hohe Spannung an. Deshalb ist die Driftzone 9 niedrig dotiert, damit es zu keinem Avalanche-Durchbruch kommt. Zusätzlich sorgen die p-dotierten Säulen 19 dafür, dass den durch die Höhe der n-Dotierung bestimmten freien Ladungen in der Driftzone 9 kompensierende Gegenladungen zur Verfügung gestellt werden. Die p-dotierten Säulen 19 werden auch als Kompensationsgebiete bezeichnet und bilden mit den n-dotierten Gebieten der Driftzone 9 eine sogenannte Superjunction-Struktur.
• Der Randabschluss 4 besteht aus p dotierten Säulen 20 in der Driftzone 9, die elektrisch isoliert sein können. Teilweise ragen sie in die Driftzone 9 hinein, teilweise sind sie bis an den unteren Rand 21 des Halbleiterbauelements geführt.
• Die Isolationsschicht 5 besteht aus n-dotiertem und die Isolationsschicht 6 aus p-dotiertem Material. Sie bilden miteinander und mit der Gatedurchführung 7 zwei entgegengesetzte pn-Übergänge und isolieren so die Gatedurchführung 7 von der Driftzone 9. Die Gatedurchführung 7 besteht aus einer n-dotierten Säule 22, einem n⁺-dotiertem Gebiet 24 oberhalb und einem n⁺-dotierten Gebiet 23 unterhalb der Säule 22. Die n⁺-dotierten Gebiete 24 und 23 sorgen für elektrischen Kontakt zwischen der Säule 22 und dem oberen metallischen Gatekontakt 25 sowie dem unteren metallischen Gatekontakt 26.
• Der obere metallische Gatekontakt 25 ist mit der Gateelektrode über die Querverbindung 27, die aus dem gleichen Material wie die Gates besteht, verbunden. Oberhalb des oberen metallischen Kontakts und der Querführung 27 befindet sich eine obere Passivierung 28. Auf der Rückseite des Halbleiterbauelements ist eine untere Passivierung 29 zwischen der Drainelektrode 11 und dem unteren metallischen Kontakt 26 aufgebracht.
• Die Gatedurchführung sorgt dafür, dass die Gateelektrode mit dem unteren metallischen Kontakt 26 elektrisch verbunden ist. Das Gate ist von der Rückseite her anschließbar. Das Bauelement kann mit der Vorderseite auf einem liegenden Chipträger befestigt werden. Dafür, dass es dabei zu keinem Kurzschluss zwischen der Sourceelektrode 16 und dem oberen metallischen Kontakt 25 kommt, sorgt die obere Passivierung 28.
• Die Randabschlüsse sorgen für einen Abbau der Spannungen. Hier muss der Randabschluss 4 nicht nur für einen Abbau der Spannung zwischen der Sourcezone 10 und der Gatedurchführung 7 auf der Vorderseite 2 des Bauelements, sondern vor allem für den Abbau der Spannung zwischen der Drainzone 10 und der Gatedurchführung 7 auf der Rückseite 3 des Bauelements sorgen. Deshalb reichen die Säulen 20 teilweise bis an den unteren Rand 21.
• 2 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch ein Halbleiterbauelement 1. Bezugszeichen mit gleichen Nummern bezeichnen gleiche Funktionen und werden deshalb hier nicht erneut erläutert.
• Die Säulen 20 des Randabschluss 4 sind über ein zusätzliches p-Gebiet mit der Bodyzone 13 einer MOS-Struktur verbunden. Sie sind somit nicht floatend, sondern liegen auf dem Potential der Sourceelektrode. Damit wird verhindert, dass es auf der Chipvorderseite zu hohen Potentialunterschieden kommt.
• Die Gatedurchführung 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus p-dotiertem Material. Neben der Gatedurchführung 7 liegt in diesem Ausführungsbeispiel die n-dotierte Isolationsschicht 5 an, darauf folgt die p-dotierte Isolationsschicht 6.
• 3 zeigt in einer weiteren Ausführungsform ein Halbleiterbauelement 1 im Schnitt. Die Gatedurchführung 7 besteht aus einer metallischen Säule 30. Sie ist von einer Siliziumdioxidschicht 32 ummantelt. Erzeugt wurde diese Gatedurchführung durch ein Ätzen eines Grabens im Randbereich des Halbleiterbauelements. Am Rand verbleibt ein n-dotierter Bereich 31. Im Graben wird Siliziumdioxid abgeschieden und anschließend der Graben mit Metall gefüllt.
• Die Drainzone besteht aus p+ dotiertem Material. Das gezeigte Leistungshalbleiterbauelement ist somit ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
• Die horizontale Verbindung des oberen metallischen Kontakts 25 mit der Gateelektrode erfolgt über eine metallische Querverbindung 33, die erst in der Nähe der MOS-Strukturen auf ein Verbindungsstück 34 aus Polysilizium geführt wird. Dadurch verringert sich der Widerstand der Querverbindung im Vergleich zu einer Querverbindung aus Polysilizium.
• Bezugszeichenliste

1

Leistungshalbleiterbauelement

2

Vorderseite

3

Rückseite

4

Randabschluss

5

Isolationsschicht

6

Isolationsschicht

7

Gatedurchführung

8

seitlicher Rand

9

Driftzone

10

Drainzone

11

Drainelektrode

12

MOS-Struktur

13

Bodyzone

14

Sourcezone

15

Gate

16

Sourceelektrode

17

Gateisolierung

18

Kanal

19

p-dotierte Säule, Kompensationsgebiet

20

p-dotierte Säule

21

unterer Rand

22

n-dotierte Säule

23

n⁺-dotiertes Gebiet

24

n⁺-dotiertes Gebiet

25

oberer metallischer Gatekontakt

26

unterer metallischer Gatekontakt

27

Querführung

28

Passivierung

29

Passivierung

30

Metallische Säule

31

n-dotierter Bereich

32

Isolationsschicht

33

Querverbindung

34

Verbindungsstück

Claims (14)

1. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) mit folgenden Merkmalen: – eine Driftzone (9) eines ersten Leitfähigkeitstyps, – eine MOS-Struktur (12), die auf der Oberseite der Driftzone (9) angeordnet ist, – wobei die MOS-Struktur – eine Vielzahl von Bodyzonen (13) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich im Bereich der Oberfläche der Driftzone (9) erstrecken, – eine Vielzahl von Sourcezonen (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, die in die Bodyzone (13) eingebracht sind, – und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Gates (15), die mittels eines Gateoxids (17) von der Bodyzone (13) isoliert sind und die bei entsprechender Ansteuerung für einen leitenden Kanal (18) in der Bodyzone (13) zwischen den Sourcezonen (14) und der Driftzone (9) sorgen, aufweist, – eine Drainzone (10) unterhalb der Driftzone (9), – eine Drainelektrode (11) an der Rückseite (3) des Bauelements (1) und in elektrischem Kontakt mit der Drainzone (10), – eine Sourceelektrode (16) an der Vorderseite des Bauelements (1) und in elektrischem Kontakt mit den Sourcezonen (14), – eine Gateelektrode in elektrischem Kontakt mit den Gates (15), und wobei die Gates (15) und die an der Vorderseite (2) liegenden Bereiche der Gateelektrode mit einer über ihnen liegenden Isolation (28) bedeckt sind, und wobei die Gateelektrode mittels einer leitenden vertikalen Gatedurchführung (7) durch das Bauelement (1) an die Rückseite (3) des Bauelements (1) geführt ist, wobei die vertikale Gatedurchführung (7) von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur (12), der Driftzone (9) und der Drainzone (10) elektrisch isoliert ist, und wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) einen Randabschluss (4) aufweist, der ausgelegt ist, um im Sperrfall Spannung zwischen der Gatedurchführung (7) und der Drainzone (10) abzubauen.
2. Ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatedurchführung (7) aus dotiertem Halbleitermaterial besteht.
3. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatedurchführung (7) aus einem Material, das Metall enthält, besteht.
4. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatedurchführung (7) aus Polysilizium besteht.
5. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gatedurchführung (7) von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur (12), der Driftzone (9) und der Drainzone (10) mittels zweier entgegengesetzt geschalteter pn-Übergänge elektrisch isoliert ist.
6. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben der vertikalen Gatedurchführung (7) eine Halbleiteroxidschicht (32) angebracht ist, durch die die Gatedurchführung (7) von den Halbleitergebieten der MOS-Struktur (12), der Driftzone (9) und der Drainzone (10) elektrisch isoliert ist.
7. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainzone (10) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
8. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainzone (10) vom ersten Leitfähigkeitstyp ist.
9. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gates sich in Gräben, die in den Halbleitergebieten an der Vorderseite angebracht sind, befinden.
10. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Superjunction-Transistor handelt.
11. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sourceelektrode auf ihrer Oberfläche eine lötbare Metallisierung aufweist.
12. Verfahren zum Herstellen eines vertikal leitenden Leistungshalbleiterbauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit folgenden Schritten: – Herstellen des Gateoxids (17) und der Gates (15); – Herstellen der Drainzone (10) der Driftzone (9), der Bodyzonen (13), der Sourcezonen (14) sowie von Strukturen für den Randabschluss (4) und der Isolation (6) der Gatedurchführung (7); – Anschließendes elektrisches Prüfen des Gates (15) und Aufbringen der Metallisierung auf die Vorderseite (2), – Abscheidung einer Passivierung oder Isolationsschicht auf der Gateelektrode (17) zu ihrer Isolierung; – Dünnen des Halbleitermaterials von der Rückseite (3) um die Dicke der Drainzone zu verringern; – Aufbingen der Metallisierung für die Gate- und Drainelektrode (11, 26); – Aufbringen einer Passivierung (29) auf der Rückseite (3); – Fertigstellen des vertikal leitenden Leistungshalbleiterbauelements (1).
13. Verfahren zum Herstellen eines vertikal leitenden Leistungshalbleiterbauelements (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Säulen des zweiten Leistungstyps in der Driftzone (9) gefertigt werden und dieses Fertigen mit denselben Arbeitsschritten erfolgt wie das Fertigen der Halbleitergebiete der Säulen (19) des zweiten Leitfähigkeitstyps des Superjunction-Transistors und/oder wie das Fertigen derjenigen Halbleitergebiete der Driftzone (9), die Säulen (19) des zweiten Leitfähigkeitstyps der Superjunction-Transistoren umgeben.
14. Verfahren zum Herstellen eines vertikal leitenden Leistungshalbleiterbauelements (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsschritte eine Epitaxie beinhalten.

Images