DE102005003127B3

DE102005003127B3 - Laterales Halbleiterbauelement mit hoher Spannungsfestigkeit und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005003127B3
Application number: DE102005003127A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Pfirsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein laterales Halbleiterbauelement (1 bis 5) mit hoher Spannungsfestigkeit, das einen Halbleiterkörper (6) mit einer Oberseite (7) aufweist, wobei unterhalb der Oberseite (7) eine in mehrere Driftbereiche (9) unterteilte niedrig- bis mitteldotierte Driftzone (11) eines ersten Leitungstyps angeordnet ist. Diese Driftbereiche (9) werden von Grabenstrukturen (16) in der ersten lateralen Richtung (12) unterteilt, wobei die Grabenwände (19) eine dielektrische Schicht (18) aufweisen und wobei die Gräben ein dielektrisches high-k-Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante und/oder eine Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend im Wechsel angeordneten elektrisch leitenden Platten (20) und dielektrische Zwischenschichten (21) aus dielektrischem Material aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft laterale Bauelemente mit hoher Spannungsfestigkeit und Verfahren zur Herstellung derselben. Derartige laterale Halbleiterbauelemente mit einer in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers verlaufenden Driftzone und einem in lateraler Richtung verlaufenden Strompfad sind aus der Druckschrift DE 198 18 300 C1 bekannt. Solche lateralen Halbleiterbauelemente können sowohl als bipolare Bauelemente, wie bspw. PIN-Dioden oder IGBT-Transistoren oder als unipolare Bauelemente wie bspw. MOSFET- oder JFET-Transistoren oder Schottky-Dioden ausgebildet sein.

In der DE 197 02 102 A1 wird ein Halbleiterbauelement beschrieben, das eine Driftregion aufweist, in der ein Driftstrom im Einschaltzustand des Halbleiterbauelements fließt, während die Driftzone verarmt ist, wenn sich das Halbleiterbauelement im Ausschaltzustand befindet. Die Driftregion weist eine Mehrzahl von unterteilten Driftregionen des ersten Leitungstyps und eine Mehrzahl von Zwischenregionen des zweiten Leitungstyps auf.

Bei lateralen PIN-Dioden sind bspw. die beiden Anschlusszonen komplementär dotiert und die Driftzone bzw. Basiszone ist von demselben Leitungstyp wie eine der Anschlusszonen, jedoch schwächer dotiert. Die beiden komplementär dotierten Anschlusszonen bilden die Anoden- und Kathoden-Anschlusszonen der lateralen PIN-Diode.

Ein aus der DE 198 18 300 C1 bekanntes Beispiel eines bekannten unipolaren lateralen Halbleiterbauelements mit hoher Spannungsfestigkeit zeigt 19 in schematischer Draufsicht am Beispiel eines MOSFET-Transistors 36. Dieses bekannte laterale Halbleiterbauelement 10 mit hoher Spannungsfestigkeit weist einen Halbleiterkörper 6 mit einer Oberseite 7 und einer hier nicht gezeigten Unterseite auf. Dabei liegt die hier gezeigte Struktur des Halbleiterbauteils 10 teilweise unterhalb der Oberseite 7 und weist eine in mehrere Driftbereiche 29 bis 32 unterteilte, schwachdotierte Driftzone 11 eines ersten Leitungstyps auf.

Dabei sind die Driftbereiche 29 bis 32 der Driftzone 11 in einer ersten lateralen Richtung 12 ausgerichtet und von einer ersten und zweiten Anschlusszone 13 und 14, die sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung 12 in eine zweite laterale Richtung 15 erstrecken, begrenzt.

Parallel gegenüberliegend zu der ersten Anschlusszone 13 ist die zweite Anschlusszone 14 angeordnet und weist eine lang gestreckte Wanne 27 auf, die aus einem zu der Driftzone 11 komplementären Leitungstyp besteht. In diese Wanne 27, die auch als Bodyzone 37 bezeichnet wird, ist ein hochdotierter, streifenförmiger Bereich 38 eingebettet, der den gleichen Leitungstyp wie die schwachdotierte Driftzone 11 aufweist. Dieser hochdotierte streifenförmige Bereich 38 bildet den Source-Anschluss des MOSFET-Transistors 36. Die erste streifenförmige Anschlusszone 13 bildet den Drain-Anschluss 28 des MOSFET-Transistors 36.

Zwischen Source und Drain ist in der zweiten Anschlusszone 14 eine Gate-Struktur in Richtung auf den Drain-Anschluss 28 der ersten Anschlusszone 13 angeordnet. Unterhalb der Gate-Struktur bildet die komplementär dotierte Bodyzone 37 einen MOSFET-Kanal 43 aus. Dieser Kanal 43 hat eine Kanallänge L. Der Drain-Strom, die Steilheit und der Ausgangsleitwert des MOSFET-Transistors 36 sind umgekehrt proportional zu dieser Kanallänge L, d. h. je kleiner die Kanallänge L ist, desto größer ist der durch das Gate-Potential an der Gate-Elektrode 42 steuerbare Drain-Strom. Der maximale Drain-Strom ist darüber hinaus von dem Durchlassleitwert der Driftzone 11 und damit von der Dotierstoffkonzentration in der schwachdotierten Driftzone 11 abhängig.

Die Driftzone 11, durch die ein Drain-Strom im Durchlassfall fließt, ist in die Driftbereiche 29 bis 32 unterteilt, zwischen denen in diesem Beispiel des Standes der Technik Kompensationsgebiete 33, 34 und 35 angeordnet sind, die in der ersten lateralen Richtung 12 ausgerichtet sind und komplementär zu den Driftbereichen 29 bis 32 dotiert sind. Im Sperrfall des MOSFET-Transistors 36 schnürt die sich ausdehnende Raumladungszone des PN-Übergangs zwischen den Kompensationsgebieten 33 bis 35 und den Driftbereichen 29 bis 32 den Drain-Strom ab. Um dieses zu gewährleisten, ist die Dotierstoffkonzentration der Driftbereiche 29 bis 32 gering und kann bei lateralen Kompensationsbauelementen nicht weiter erhöht werden, sodass der Durchlassleitwert derartiger lateraler und hochspannungsfester Halbleiterbauelemente 10 nicht weiter verbessert werden kann, ohne die Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelementes 10 zu gefährden. Insbesondere ist für die Dotierstoffkonzentration der Driftbereiche 29 bis 32 und der Kompensationsgebiete 33 bis 35 eine hohe Genauigkeit erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei vorgegebener Spannungsfestigkeit den Einschaltwiderstand zu minimieren, und ein Verfahren anzugeben, das bezüglich der Einstellung der Dotierstoffprofile einfacher ist, als bei der Herstellung von bekannten Superjunction-Bauteilen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein laterales Halbleiterbauelement geschaffen, das einen Halbleiterkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite ausweist. Unterhalb der Oberseite ist bei diesem Halbleiterbauelement eine in mehrere Driftbereiche unterteilte niedrig- bis mitteldotierte Driftzone eines ersten Leitungstyps angeordnet. Die Driftbereiche der Driftzone erstrecken sich in einer ersten lateralen Richtung von einer ersten zu einer zweiten Anschlusszone. Die erste und die zweite Anschlusszone erstrecken sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung in eine zweite laterale Richtung.

Zwischen den Driftbereichen der Driftzone sind in erster lateraler Richtung Grabenstrukturen angeordnet, deren Grabenwände eine dielektrische Schicht aufweisen. Die Gräben weisen eine Füllung aus einem dielektrischen high-k-Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante auf, und/oder eine Platten-/Schichtfolge ist in den Gräben hintereinander alternierend aus elektrisch leitenden Platten im Wechsel mit dielektrischen Zwischenschichten aus dielektrischem Material angeordnet. Die Platten der Platten-/Schichtfolge in den Gräben erstrecken sich orthogonal zu der ersten lateralen Richtung.

In diesem Zusammenhang wird unter einer niedrig- bis mitteldotierten Driftzone ein Bereich im Halbleiterkörper verstanden, der eine Störstellenkonzentration N im Bereich von 2 × 10¹⁵ cm^–3 ≤ N ≤ 4 × 10¹⁶ cm^–3 aufweist. Unter einem high-k-Material wird in diesem Zusammenhang ein dielektrisches Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r mit ε_r > 20 verstanden. Vorzugsweise weist das Material eine Dielektrizitätskonstante ε_r > 100 auf. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die relative Dielektrizitätskonstante bei ε_r > 500 und kann Werte von ε_r > 1000 erreichen, wenn beispielsweise Titanate eingesetzt werden.

Dieses laterale Halbleiterbauelement hat den Vorteil, dass die Driftbereiche eine Störstellenkonzentration von niedriger bis mittelhoher Dotierung aufweisen, und dennoch die Sperrfähigkeit der lateralen Halbleiterbauelemente nicht beeinträchtigt ist, so dass eine hohe Spannungsfestigkeit gewährleistet werden kann. Dieses ist auf die Struktur der erfindungsgemäßen Gräben zurückzuführen, die einerseits mit high-k-Material gefüllt sein können und/oder andererseits auch eine Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten und dielektrischen Zwischenschichten aufweisen können. Diese mit der erfindungsgemäßen Grabenstruktur ausgestatteten Halbleiterbauelemente, die in lateraler Richtung Gräben mit high-k-Material einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante aufweisen, können bei unverändert hoher Sperrfähigkeit eine höhere Dotierung in der Driftzone aufweisen und daher einen bedeutend niedrigeren flächenspezifischen Einschaltwiderstand besitzen als die oben beschriebenen herkömmlichen lateralen Kompensationsbauelemente.

Die Schichten in den Gräben mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante können noch effektiver gestaltet werden, wenn in ihnen leitfähige Gebiete eingelagert sind, wie die erfindungsgemäßen orthogonal zu der ersten lateralen Richtung ausgerichteten elektrisch leitenden Platten, die einen kapazitiven Spannungsteiler darstellen. Diese Platten tragen dazu bei, die Potentialverteilung in den Driftbereichen derart zu beeinflussen, dass eine höhere Dotierung möglich wird. Im Durchlassfall hat die im Vergleich zu herkömmlichen lateralen Bauelementen mitteldotierte Driftzone einen bedeutend niedrigeren Widerstand und damit einen höheren Ausgangsleitwert. Im Sperrfall sind die Dotierstoffe in der Driftstrecke im Bereich der Raumladungszone ionisiert und würden ohne die zusätzlichen Gebiete der Grabenstrukturen bereits bei niedrigen Spannungen ein elektrisches Feld in Höhe der Durchbruchfeldstärke erzeugen.

Der kapazitive Spannungsteiler in den Gräben neben den Driftbereichen baut ohne die Ladungen in der Driftstrecke einen gleichmäßigen Spannungsabfall zwischen jeweils aufeinander folgenden Platten auf, sodass sich damit ein niedriges, ziemlich gleichmäßiges elektrisches Feld einstellt. Die Ladungen in der Driftstrecke und der kapazitive Spannungsteiler treten bei der erfindungsgemäßen Lösung in Wechselwirkung, sodass beide auf die Potentialverteilung des lateralen Halbleiterbauteils einwirken. Je größer die Kapazitäten im Spannungsteiler sind, und damit je dünner die dielektrischen Schichten und je höher deren relative Dielektrizitätskonstante ist, desto höher kann in vorteilhafter Weise auch die Driftstrecke dotiert werden, ohne dass bei einer vorgegebenen Sperrspannung die Durchbruchsfeldstärke erreicht wird.

Voraussetzung für die Funktion des erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements ist im Sperrfall, dass die Dotierung in den Driftbereichen in der ersten lateralen Richtung nicht größer als das doppelte der Durchbruchsladung ist. Eine weitere Bedingung ergibt sich aus der Spannungsfestigkeit der dielektrischen Schichten. Diese dielektrischen Schichten müssen in ihrer Summe die zwischen Drain und Source vorgegebene Sperrspannung vertragen, ohne dass ein Durchbruch auftritt. Unter diesen Voraussetzungen kann der Durchlassleitwert derartiger lateraler Halbleiterbauelemente mindestens verdreifacht werden, bzw. der Durchlasswiderstand mindestens um den Faktor drei gegenüber herkömmlichen lateralen Halbleiterbauelementen mit hoher Sperrspannung, wie sie einleitend beschrieben wurden, vermindert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht das Material der Grabenstrukturen mit den Anschlusszonen elektrisch in Verbindung. Bei voll aufgefüllter Grabenstruktur mit einem high-k-Material verteilt sich somit die Source-Drain-Spannung über die Länge der lateralen Grabenstruktur, während bei einer Platten-/Schichtfolge mit leitenden Platten lediglich die Platten in den Anschlusszonen auf einem definierten Potential des Source- bzw. Drain-Anschlusses liegen. Die leitfähigen Platten der Grabenstruktur dazwischen sind nicht an ein festes Potential angeschlossen und bilden einen kapazitiven Spannungsteiler zwischen Drain und Source. Dieses ist jedoch nur eine mögliche Ausführungsform, andere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass sämtliche leitfähigen Platten der Grabenstruktur an keines der Potentiale angeschlossen sind und somit über den kapazitiven Spannungsteiler zu einer Potentialverteilung beitragen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das dielektrische Material sowohl als Zwischenschicht als auch als Schicht für die Wände der Grabenstruktur vorgesehen werden kann, und HfO₂, ZrO₂, TiO₂ und/oder Titanate, vorzugsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat und/oder Barium-Strontium-Titanat aufweist. Diese Materialien haben den Vorteil, dass ihre relative Dielektrizitätskonstante größer als die Dielektrizitätskonstanten der Oxide und Nitride von Halbleitermaterialien sind und mindestens zehn betragen, wobei die Titanate eine relative Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 1000 aufweisen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das dielektrische Material für die Isolation der Grabenwände Oxide und/oder Nitride des Materials des Halbleiterkörpers aufweist. Dieses Material hat den Vorteil, dass durch einfache Oxidation oder durch einfache Nitrierung die Wände der Gra benstrukturen mit einer Isolationsschicht auf einen ganzen Halbleiterwafer versehen werden können. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die dielektrische Schicht auf den Grabenwänden und/oder das dielektrische Material der Zwischenschicht in den Gräben jeweils ein high-k-Material aufweist. Wie oben bereits erwähnt, weist dieses high-k-Material eine deutlich höhere relative Dielektrizitätskonstante als die Oxide und Nitride der Halbleitermaterialien auf und hat damit eine erhöhte dielektrische Wirkung.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers monokristalline elementare Halbleiter, vorzugsweise Si, Ge oder C oder IV-IV Verbindungshalbleiter wie SiC oder Si/SiGe aufweist. Diese Halbleitermaterialien zeichnen sich teilweise durch ihren hohen Bandabstand und durch ihre hohe Temperaturbeständigkeit wie das SiC aus, was dieses Material für Leistungshalbleiterbauteile prädestiniert.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers monokristaline III-V Verbindungshalbleiter, vorzugsweise GaAs, GaP, GaN/AlGaN, GaAS/InGaAsP oder InP aufweist. Diese Verbindungshalbleiter zeichnen sich durch hohe Beweglichkeit mindestens eines der Ladungsträgertypen aus und sind darin dem standardmäßigen monokristallinen Siliziumkristall überlegen.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers monokristalline Heterostrukturen, vorzugsweise GaAs/AlGaAs, GaP, GaN/AlGaN, GaAs/InGaAsP oder InP aufweist. Auf derartigen Halbleiterkörpern können sich die Vorteile der Erfindung bei entsprechend strukturierten Halbleiterbauelementen auswirken.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Grabenwände eine komplementär zu den benachbarten Driftbereichen dotierte Zone des Halbleiterkörpers auf. Eine derartige komplementär dotierte Zone hat den Vorteil, dass nun zusätzlich zu der dielektrischen Struktur des high-k-Materials bzw. zu der kapazitiven Struktur ein PN-Übergang zu den Driftbereichen hin geschaffen wird, der eine Raumladungszone aufweist, welche die Sperrfähigkeit des lateralen Halbleiterbauelementes weiter verbessert. Eine derartige komplementär zu den benachbarten Driftbereichen dotierte Zone in den Grabenwänden kann vorzugsweise vor dem Einbringen einer Isolierschicht auf die Grabenwände und vor dem Einbringen des high-k-Materials, bzw. vor dem Einbringen der kapazitiven Struktur in die Grabenwände eindiffundiert oder durch Ionenimplantation eingebracht werden.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erste Anschlusszone hochdotiert ist und einen Metallstreifen aufweist, der einen ohmschen Kontakt mit der hochdotierten ersten Anschlusszone gleichen Leitungstyps wie die Driftzone bildet und dass die zweite Anschlusszone einen Schottky-Kontakt aufweist, wobei zwischen den Anschlusszonen die Driftbereiche der Driftzone angeordnet sind. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Schottky-Diode realisiert, die gegenüber herkömmlichen lateralen Schottky-Dioden den Vorteil hat, dass der Durchlassstrom aufgrund der höheren Dotierung der Driftbereiche größer ist, als bisher üblich.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erste Anschlusszone eine erste Elektrode einer PIN-Diode bildet und einen Metallstreifen aufweist, der einen ohmschen Kontakt mit der ersten Anschlusszone gleichen Leitungstyps wie die Driftzone, jedoch hochdotiert bildet. Die zweite Anschlusszone weist hingegen implantierte und/oder diffundierte Wannen mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone auf. Diese Wannen sind über eine gemeinsame Streifenelektrode auf der Oberseite des Halbleiterkörpers zu einer zweiten Elektrode entlang der zweiten lateralen Richtung für eine PIN-Diode zusammengeschaltet. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein laterales Halbleiterbauelement realisiert, das eine Gleichrichtung eines Stromes zulässt, der im Durchlassfall größer ist als bei herkömmlichen hochspannungsfesten PIN-Dioden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Anschlusszone einen Drain-Anschluss eines lateralen MOSFET-Transistors und einen Metallstreifen auf, der einen ohmschen Kontakt mit der ersten Anschlusszone, welche den gleichen Leitungstyp wie die Driftzone, jedoch hochdotiert, aufweist, bildet. Die zweite Anschlusszone weist implantierte und/oder diffundierte Wannen mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone auf. Die Wannen, die auch die Bodyzone eines lateralen MOSFET-Transistors bilden, und jeweils einen hochdotierten Bereich gleichen Leitungstyps wie die Driftzone als Source-Bereich aufweisen, haben den Vorteil, dass sie einen MOSFET-Transistor realisieren, der sowohl mit seinem Durchlassleitwert als auch mit seinem Drain-Strom bisherigen lateralen Halbleiterbauelementen überlegen ist.

Für einen derartigen MOSFET-Transistor ist es vorgesehen, dass auf der Oberseite oberhalb der Bodyzone ein Gate-Oxid und eine Gate-Elektrode derart angeordnet sind, dass sich ein Kanal zu den Driftbereichen der Driftzone ausbildet, der über ein Gate-Potential an der Gate-Elektrode steuerbar ist. Die Gate-Elektrode kann auch als Trenchgate-Elektrode aufgebaut sein, womit geringere Kanallängen und größere Kanalweiten realisiert werden können.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die implantierten und/oder diffundierten Wannen mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone, perlenschnurförmig in der zweiten lateralen Richtung angeordnet sind. Dieses ergibt sich automatisch mit der Forderung, dass die Wannen zwischen den Grabenstrukturen in dem Bereich der Driftbereiche angeordnet sind. Jedoch ist es auch möglich, die gesamte Struktur der diffundierten Wannen außerhalb der Grabenstruktur anzulegen und eine streifenförmige Wanne entlang der zweiten lateralen Richtung zu bilden, die ihrerseits einen hochdotierten Bereich als Source-Kontakt trägt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Anschlusszone einen hochdotierten streifenförmigen Bereich in Verbindung mit den Driftbereichen der Driftzone auf, der sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckt und den gleichen Leitungstyp wie die Driftzone aufweist. Ferner sind zwischen dem streifenförmigen Bereich und der ersten Anschlusszone komplementär zu der Driftzone dotierte Wannen angeordnet, wobei in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Halbleiterkörper mit seiner Unterseite auf einem komplementär zu der Driftzone dotierten Substrat angeordnet ist, sodass sich zwischen den Wannen und dem Substrat ein Kanal eines JFET-Transistors (junction field effect transistor) ausbildet, dessen Gate die komplementär dotierten Wannen der zweiten Anschlusszone bilden und wobei der streifenförmige hochdotierte Bereich der zweiten Anschlusszone den Source-Bereich und die erste Anschlusszone den Drain-Anschluss des JFET-Transistors darstellt.

Ein derartiger JFET-Transistor ist bei Nichtanliegen eines sperrenden Gate-Potentials an den komplementär dotierten Wannen durchgeschaltet, sodass ein Strom von dem hochdotierten streifenförmigen Bereich zu dem ersten Anschlussbereich, dem Drain-Bereich führt. Dieser Durchlassstrom ist aufgrund der möglichen höheren Dotierung in den Driftbereichen größer als bei herkömmlichen baugleichen Halbleiterbauteilen mit Kompensationsgebieten zwischen den Driftbereichen, zumal das high-k-Material in den Grabenstrukturen bzw. die Platten-/Schichtfolge eine höhere Dotierung der Driftbereiche zulassen.

Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper mit seiner Unterseite auf einem komplementär dotierten Halbleitersubstrat angeordnet, wie das bei dem oben erwähnten JFET-Bauteil der Fall ist. Dabei müssen die Grabenstrukturen nicht in jedem Fall die Unterseite des Halbleiterkörpers erreichen, jedoch ist dieses von Vorteil und ein Hineinragen der Grabenstruktur in den Substratbereich ist ebenfalls unproblematisch und verschlechtert nicht die Parameter der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Halbleiterkörper mit seiner Unterseite auf einer isolierenden Schicht wie z.B. SiO₂ und/oder auf einem isolierenden Substrat wie Saphir angeordnet ist. Derartige Substrate aus Saphir, der im Wesentlichen die kristalline Form des Al₂O₃ darstellt, haben den Vorteil, dass keine parasitären Halbleiterstrukturen in Wechselwirkung mit dem Substrat auftreten können.

Aufgrund der lateralen Ausrichtung des Halbleiterbauelements ist es möglich, eine Vielzahl von Platten in den Grabenstrukturen unterzubringen und damit einen beliebig großen Span nungsteiler vorzusehen. Somit ist es möglich, derartige Halbleiterbauelementstrukturen mit einer Spannungsfestigkeit von über mehreren tausend Volt zu realisieren, vorzugsweise liegt die Spannungsfestigkeit derartiger Halbleiterbauelemente zwischen 100 und 2000 Volt. Ein weiterer bevorzugter Bereich der Spannungsfestigkeit liegt zwischen 150 V und 400 V, so dass derartige Halbleiterbauelemente für Haushaltsgeräte und in öffentlichen Stromversorgungsnetzen mit 110 V (USA) und 220 V (Europa) eingesetzt werden können. Ein weiterer bevorzugter Bereich liegt zwischen 400 V und 700 V, so dass diese Halbleiterbauelemente für Drehstromnetze (360V) geeignet sind.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit den obigen Merkmalen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Substrat in Form eines Wafers für Halbleiterbauelemente mit hoher Spannungsfestigkeit bereitgestellt. Auf diesen Wafer aus halbleitendem oder isolierendem Material wird eine schwach- bis mitteldotierte monokristalline Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps als Halbleiterkörper für eine Driftzone aufgebracht. Anschließend wird die Halbleiterschicht an den Halbleiterbauelementpositionen, die in Zeilen und Spalten auf dem Wafer angeordnet werden, strukturiert. Dabei wird die Driftzone der Halbleiterbauelemente jeweils in mehrere Driftbereiche, die in eine erste laterale Richtung ausgerichtete sind, unterteilt. Dazu werden Grabenstrukturen in die Driftzone durch Einbringen von parallelen Gräben in der ersten lateralen Richtung und durch Auffüllen der Gräben mit entsprechenden Materialien hergestellt.

Einerseits können die Gräben mit einem dielektrischen high-k-Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante gefüllt werden, und andererseits können alternativ eine Platten- /Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten im Wechsel mit dielektrischen Schichten unter orthogonalem Anordnen der Platten zu der ersten lateralen Richtung als Spannungsteiler in die Gräben eingebracht werden. Danach wird eine hochdotierte lang gestreckte erste Anschlusszone, die sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung in eine zweite laterale Richtung erstreckt, eingebracht, womit die Driftzone der Halbleiterbauelementpositionen einseitig begrenzt wird. Zudem wird eine der ersten Anschlusszonen parallel gegenüberliegend angeordnete zweite Anschlusszone eingebracht. Schließlich wird der Wafer unter Aufbringen weiterer Strukturen in den Halbleiterbauelementpositionen zur Herstellung von lateral strukturierten MOS-Feldeffekt-Transistoren, J-Feldeffekt-Transistoren, Schottky-Dioden, PIN-Dioden oder IGBT-Transistoren fertig gestellt. Nach dem Fertigstellen des Wafers wird dieser in einzelne Halbleiterbauelemente aufgeteilt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass allein durch das laterale Strukturieren von Gräben, in denen Platten im Wechsel mit dielektrischen Zwischenschichten angeordnet sind, die Spannungsfestigkeit von lateralen Halbleiterbauelementen beliebig erhöht werden kann, indem einerseits die Driftstrecken verlängert werden und andererseits die Anzahl der kapazitiv wirkenden Strukturen eines Spannungsteilers parallel zu den Driftbereichen beliebig erhöht werden kann, sodass dieses Verfahren die Möglichkeit bietet, Halbleiterbauelemente mit lateraler Struktur für mehrere tausend Volt zur Verfügung zu stellen.

In einem bevorzugten Durchführungsverfahren der Erfindung wird das Einbringen der Gräben mittels Nassätzen, Plasmaätzen oder Laserabtrag durchgeführt. Jede dieser Techniken hat ihre Vor- und Nachteile. Das Laserabtragsverfahren hat den Vorteil, dass bereits Submikrometergräben mit diesem Verfahren hergestellt werden können.

Das Auffüllen der Gräben mit einem high-k-Material kann mittels Sputter-Technik, mittels Aufdampfen, Plasmaabscheidung, Gasphasenabscheidung oder mittels anderer Verfahren wie dem Aufbringen einer Lösung erfolgen. Die Anwendung dieser Techniken hängt im Wesentlichen einerseits von den Eigenschaften der high-k-Materialien ab, und zum Anderen von der Verfügbarkeit der entsprechenden Verfahren.

Das Auffüllen der Gräben mit einer Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten im Wechsel mit dielektrischen Zwischenschichten unter orthogonalem Anordnen der Platten zu der ersten lateralen Richtung wird mit den nachfolgenden Verfahrensschritten durchgeführt. Zunächst wird eine dielektrische Schicht auf die Wand- und Bodenbereiche der Gräben aufgebracht. Diese dielektrische Schicht kann ebenfalls aus high-k-Materialien bestehen, wobei es jedoch auch möglich ist, die Wand- und Bodenbereiche der Gräben durch eine Oxidation des Halbleiterkörpermaterials oder durch Nitrieren des Halbleiterkörpermaterials mit einer dielektrischen Schicht zu versehen.

Anschließend werden die Gräben mit einem leitfähigen Material aufgefüllt. Diese durchgängige elektrisch leitfähige Schicht wird nun zu leitfähigen Platten in den Gräben orthogonal zu der ersten lateralen Richtung strukturiert, was wiederum mit den bekannten Techniken zum Einbringen von Gräben mittels Nassätzen, Plasmaätzen oder Laserabtrag erfolgt. Nachdem diese quer zur ersten lateralen Richtung angeordneten plattenförmigen Zwischenräume entstanden sind, wird auf die gesamte Struktur, und damit auf den gesamten Wafer, eine dielektrische Zwischenschicht aufgebracht, die auch ein high-k-Material umfassen kann.

Zum Aufbringen derartiger Zwischenschichten werden wieder die Techniken des Sputterns, Aufdampfens, des Aufbringens einer Lösung, der Plasmaabscheidung oder der Gasphasenabscheidung eingesetzt. Nach dem Aufbringen der dielektrischen Zwischenschicht verbleiben die plattenförmigen Zwischenräume zwischen dem elektrisch leitenden Material. Diese plattenförmigen Zwischenräume werden nun ebenfalls unter Bildung weiterer elektrisch leitender und orthogonal ausgerichteter Platten in den Gräben mit leitendem Material aufgefüllt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine beliebige Anzahl von plattenförmigen Strukturen vorgesehen werden kann, um die Sperrfähigkeit des Halbleiterbauteils und die Spannungsfestigkeit zu steigern. Wenn bei dem Aufbringen und dem Auffüllen der Zwischenschichten zusätzliches Material die Oberfläche des Halbleiterwafers bedeckt, so kann dieses zusätzliche und überflüssige Material vor der Weiterverarbeitung von der Oberfläche des Halbleiterwafers entfernt werden.

In einem weiteren bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird vor dem Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf die Grabenwände der Gräben mindestens einseitig eine komplementär zu den Driftbereichen dotierte Zone von der Grabenstruktur aus mittels einer Ionenimplantation unter einem vorgegebenen Neigungswinkel eingebracht. Durch den vorgegebenen Neigungswinkel wird gewährleistet, dass besonders ein Bereich der Grabenwände mit einer derartigen komplementär dotierten Zone belegt werden kann. Erst danach werden dann die Isolationsschicht und das Material in die Gräben eingebracht, sodass eine Grabenstruktur entsteht, deren Wirkung zusätzlich durch die Wirkung eines PN-Übergangs zu den Driftbereichen unterstützt wird, indem unter dem Einfluss der Sperrspannung sich die Raumladungszone von dieser komplementär dotierten Zone aus in den Driftbereich ausweitet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach Fertigstellung der Grabenstrukturen und der Driftbereiche ein Gate-Oxid durch thermische Oxidation auf der Waferoberfläche erzeugt und anschließend strukturiert. Das Gateoxid ist zumindest auf den Flächen erforderlich, welche Gate-Elektroden aufnehmen sollen.

Die Gate-Elektroden werden bei einem bevorzugten Durchführungsbeispiel des Verfahrens durch Aufbringen und anschließendes Strukturieren einer polykristallinen Siliziumschicht auf der Waferoberfläche hergestellt. Dabei ist das polykristalline Silizium derart hochdotiert, dass es Eigenschaften eines Metalls aufweist, sodass aus dieser polykristallinen Siliziumschicht nicht nur die Elektroden, sondern auch Verbindungsleitungen zwischen Gate-Elektroden und Kontaktflächen hergestellt werden können.

Für ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden kann in die zweite Anschlusszone eine Struktur aus Grabenabschnitten mit Grabenwänden in die Oberseite des Wafers in den Driftbereichen eingebracht werden. Dabei erstrecken sich die Grabenabschnitte in der zweiten lateralen Richtung und die Grabenwände werden ihrerseits mit einem Schottky-Kontakt versehen, sodass ein gleichrichtender Schottky-Übergang zwischen Metall und Halbleitermaterial der Grabenwände entsteht. Der Schottky-Kontakt kann auch ohne die Struktur aus Grabenabschnitten auf der Oberseite des Wafers angeordnet werden.

Sollen anstelle von Schottky-Dioden mit hoher Spannungsfestigkeit laterale PIN-Dioden hergestellt werden, so werden als zweite Anschlusszone Wannen mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone in den Driftbereichen durch Implantieren und/oder durch Diffundieren hergestellt. Dazu können die Wannen über eine streifenförmige Leiterbahn, die sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckt, zu einer gemeinsamen Elektrode der PIN-Diode zusammengeschaltet werden. Bei diesem Verfahren ergibt sich eine PIN-Diode mit dem Vorteil eines erhöhten Durchlassstromes bei gleichzeitig niedrigerem Durchlasswiderstand und darüber hinaus hat das Verfahren den Vorteil, dass derartige PIN-Dioden planar herstellbar sind und lediglich eine einzige Epitaxieschicht erforderlich ist, um diese Struktur zu realisieren.

In einem weiteren Verfahrensbeispiel ist es möglich, dass die zweite Anschlusszone Wannen mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone aufweist und derart implantiert oder diffundiert wird, dass die Wannen eine Basiszone eines lateralen IGBT-Transistors bilden, wobei in jeder der komplementär dotierten Wannen ein hochdotierter Bereich gleichen Leitungstyps wie die Driftzone als Emitterbereich eingebracht wird, und wobei die hochdotierten Bereiche über eine streifenförmige Leiterbahn, die sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckt, zu einer Emitterelektrode zusammengeschaltet werden. Die erste Anschlusszone weist dabei den komplementären Leitungstyp auf und bildet den Kollektoranschluss des lateralen IGBT-Transistors. Auch für die Herstellung dieses Halbleiterbauelementes wird die Driftzone in einzelne Driftbereiche durch entsprechende erfindungsgemäße Grabenstrukturen unterteilt und dabei ein minimaler Durchlasswiderstand für das Halbleiterbauelement erreicht.

Zur Herstellung eines JFET-Transistors wird ein Substrat in Form eines Wafers mit komplementärer Dotierung zu einer schwachdotierten Epitaxieschicht, die als Halbleiterkörper für eine Driftzone auf dem Substrat aufgebracht wird, bereitgestellt. Anschließend wird in den Halbleiterbauteilpositionen des Wafers die Driftzone, d. h. die Epitaxieschicht der Driftbereiche durch Einbringen von Grabenstrukturen unterteilt. Danach werden in den Driftbereichen komplementär dotierte Wannen mittels Ionenimplantation und/oder Diffusion derart eingebracht, dass diese Wannen die Gate-Zonen eines lateralen JFET-Transistors bilden.

Unter den Wannen bildet sich damit in Zusammenwirken mit dem Substrat, das ebenfalls komplementär dotiert ist, ein Kanal in den Driftzonen aus, in welchem zwischen dem hochdotierten Source-Bereich der zweiten Anschlusszone und dem hochdotierten Drain-Anschluss der ersten Anschlusszone in den Driftbereichen ein Drain-Strom gesteuert werden kann. Dazu wird an das Gate, das durch die komplementär dotierten Wannen dargestellt wird, ein Potential angelegt, sodass der Kanal zwischen der Unterseite der Wannen und der Oberseite des Substrats in den Driftzonen bei entsprechendem Sperrpotential so weit eingeschnürt werden kann, dass ein Drain-Strom vom Source-Gebiet zum Drain-Gebiet gesperrt wird. Wenn kein sperrendes Gate-Potential an diesem lateralen Halbleiterbauelement anliegt, so ist das Halbleiterbauelement durchgeschaltet, wobei durch die besondere Konstruktion der Grabenstrukturen ein verbesserter Ausgangsleitwert, der einen höheren Drain-Strom zulässt, bereitgestellt wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Vorteil der erfindungsgemäßen Struktur darin liegt, dass das Raster in der zweiten lateralen Richtung und das Raster der Platten-/Schichtfolge aus elektrisch leitenden Platten und dielektrischen Schichten in der Grabenstruktur in der ersten lateralen Richtung beliebig klein und kompakt ausgeführt werden kann, was bei vertikalen "CoolMOS"-artigen Strukturen nur mit hohem technologischem Aufwand möglich ist und zudem durch die sich bereits bei 0 Volt ausbildende Raumladungszone begrenzt ist. Außerdem kann in vorteilhafter Weise der Einschaltwiderstand der erfindungsgemäßen lateralen Bauelemente durch Erhöhen der Grabentiefe verringert werden.

Schließlich kann die Struktur in vorteilhafter Weise ohne technischen Mehraufwand auf höhere Betriebsspannungen skaliert werden, indem die Länge der Driftbereiche vergrößert wird. Die erfindungsgemäße Struktur kann somit auf einen sehr weiten Bereich von Spannungsklassen in der Spannungsfestigkeit der erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauteile von einigen hundert Volt bis mehreren tausend Volt angewandt werden. Schließlich ergibt sich der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Struktur außerdem mit Strukturen zur Ladungskompensation ähnlich wie bei "CoolMOS"-Strukturen kombiniert werden kann und hat dann den Vorteil, dass bei ebenfalls erheblich verringertem Durchlasswiderstand die Höhe der Dotierung wesentlich weniger genau beim Herstellen kontrolliert werden muss als es bei herkömmlichen Kompensationsbauelementen, wie sie in 19 gezeigt sind, der Fall ist.

Ein weiterer Vorteil ist in dem Fall zu sehen, bei dem nicht der gesamte Graben mit high-k-Material aufgefüllt wird, sondern die Gräben mit einer Platten-/Schichtfolge strukturiert werden, wobei nur dünne Zwischenschichten von high-k-Material aufzubringen sind, was bedeutend einfacher ist als den gesamten Graben vollständig mit high-k-Material zu füllen. Bei dem Auffüllen und dem Herstellen von Platten in der Grabenstruktur sind auch Hohlräume innerhalb der Platten zulässig, was den Fertigungsprozess weiter erleichtert, da keine formvollendeten elektrisch leitenden Platten erforderlich sind.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle eines Halbleiterbauelementes einer ersten Ausführungsform der Erfindung ohne die Oxidschichten auf der Oberseite des Halbleiterkörpers;

2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle eines Halbleiterbauelementes der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 mit den auf die Oberseite des Halbleiterkörpers aufgebrachten Oxidschichten;

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von zwei parallelen lateralen Zellen eines Halbleiterbauelementes der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1;

4 bis 12 zeigen schematische perspektivische Ansichten bzw. Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung einer lateralen Zelle mit Grabenstruktur;

4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Struktur aus einem Substrat mit aufgebrachter Epitaxieschicht als Halbleiterkörper;

5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur der 4 nach Einbringen eines Grabens in einer ersten lateralen Richtung in den Halbleiterkörper;

6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur der 5 nach Aufbringen einer dielektrischen Schicht auf die Grabenwand und den Grabenboden;

7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 6 nach Auffüllen des Grabens mit einem leitenden Material;

8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 7 nach Einbringen von plattenförmigen Zwischenräumen in das elektrisch leitende Material der 7;

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 8 nach Aufbringen einer dielektrischen Zwischenschicht auf das strukturierte elektrisch leitende Material der 8;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 9 nach Auffüllen der plattenförmigen Zwischenräume der Grabenstruktur mit einem elektrisch leitenden Material;

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 10 nach Entfernen von elekt risch leitendem Material von der Oberseite des Halbleiterkörpers;

12 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 11 nach Fertigstellung der lateralen Zelle mit Grabenstruktur;

13 zeigt einen schematischen Querschnitt der lateralen Zelle gemäß 12 im Bereich der Grabenstruktur nach Fertigstellung eines MOSFET-Transistors als erste Ausführungsform der Erfindung;

14 zeigt einen schematischen Querschnitt der lateralen Zelle gemäß 12 im Bereich der Driftzone nach Fertigstellung des MOSFET-Transistors als erste Ausführungsform der Erfindung;

15 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle eines lateralen Halbleiterbauelementes einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

16 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von zwei parallelen lateralen Zellen eines lateralen Halbleiterbauelementes einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein laterales Halbleiterbauelement einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein laterales Halbleiterbauelement einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

19 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein laterales Halbleiterbauelement gemäß dem Stand der Technik.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle eines Halbleiterbauelementes 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung ohne Darstellung der Oxidschichten auf der Oberseite 7 des Halbleiterkörpers 6. Der Halbleiterkörper 6 bildet nur einen Teil der lateralen Zellen und weist eine Oberseite 7 und eine Unterseite 8 auf, und wird lateral von einem Graben 19 begrenzt, der sich in eine erste laterale Richtung 12 erstreckt und den Halbleiterkörper 6 in laterale Driftbereiche 9 unterteilt, welche eine Driftzone 11 für das Halbleiterbauelement 1 bilden.
Der Driftbereich 9 wird von einer ersten und einer zweiten Anschlusszone 13 und 14 begrenzt, die sich in eine zweite laterale Richtung 15 erstrecken, wobei diese zweite laterale Richtung 15 in dieser ersten Ausführungsform 1 der Erfindung senkrecht zu der ersten lateralen Richtung 12 ausgerichtet ist. Die erste Anschlusszone 13 weist einen Metallstreifen 24 auf, der sich in die zweite laterale Richtung 15 erstreckt, und eine hochdotierte Zone 53 gleichen Leitungstyps wie die Driftzone 11 kontaktiert und in dieser ersten Ausführungsform den Drain-Anschluss 28 eines lateralen MOSFET-Transistors 36 bildet.
Die zweite Anschlusszone 14 ist im Driftbereich 9 komplexer aufgebaut als die erste Anschlusszone 13. Sie weist eine kom plementär zu dem Driftbereich 9 dotierte Wanne 27, die auch als Bodyzone 37 bezeichnet wird, auf, in der ein hochdotierter Bereich 38 gleichen Leitungstyps wie der Driftbereich 9 eingebettet ist. Dieser hochdotierte Bereich 38 bildet den Source-Bereich 39 des MOSFET-Transistors 36 und ist über eine Source-Elektrode 40, die sich in zweiter lateraler Richtung 15 erstreckt, mit den Source-Bereichen 39 der übrigen Zellen des Halbleiterbauelementes 1 elektrisch verbunden.
Oberhalb der Bodyzone 37 ist isoliert von der Bodyzone 37 eine Gate-Elektrode 42 angeordnet, welche sich von dem hochdotierten Bereich 38 in einem isolierten Zustand zu dem schwachdotierten Driftbereich 9 erstreckt und über einen sich in der Bodyzone 37 ausbildenden MOS-Kanal einen Drain-Strom in lateraler erster Richtung 12 steuert. Das Gate-Oxid sowie weitere abdeckende Oxidschichten sind zur Vereinfachung der Darstellung in 1 weggelassen.
Parallel zu der Driftzone 11 erstreckt sich eine Grabenstruktur 16. Diese Grabenstruktur 16 weist einen Graben 19 mit einem Grabenboden 50 und einer Grabenwand 17 auf. Die Grabenstruktur 16 ist von dem Substrat 44, auf dem die Zelle dieses Halbleiterbauelementes 1 und der Halbleiterkörper 6 angeordnet sind, durch eine dielektrische Schicht 18 isoliert und ebenso ist die Grabenwand 17 zum Driftbereich 9 durch diese dielektrische Schicht 18 isoliert. Die Grabenstruktur 16, die sich parallel zu dem Driftbereich 9 in erster lateraler Richtung 12 erstreckt, weist ein elektrisch leitendes Material 51 auf, das in einer Platten-/Schichtfolge in dem Graben 19 strukturiert ist.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das elektrisch leitende Material 51 der Platten 20 ein Polysilizium, während die dielektrischen Zwischenschichten 21 aus einem Dielektrikum mit hoher relative Dielektrizitätskonstanten bestehen. Diese dielektrische Zwischenschicht 21 kann aus HfO₂, ZrO₂, TiO₂ und/oder Titanaten, vorzugsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat und/oder Barium-Strontium-Titanat bestehen. Die dielektrische Isolationsschicht auf dem Grabenboden 50 und der Grabenwand 17 kann das gleiche dielektrische Material aufweisen oder aus einem Oxid oder Nitrid des Materials des Halbleiterkörpers 6 bestehen. Der aus Halbleitermaterial bestehende Driftbereich 9 weist dabei eine Dotierung etwa in dem Bereich von 2·10¹⁵ bis 4·10¹⁶ cm^–3 auf, wobei das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 6 in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem monokristallinen Silizium besteht.
Die Breite des Driftbereichs 9 liegt im Bereich von 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 μm. Die Länge des Driftbereichs 9 hängt von der gewünschten Durchbruchsspannung ab und beträgt bei 600 Volt etwa 40 bis 60 μm. Die Höhe des Driftbereichs 9 kann etwa zwischen 5 und 20 μm liegen, ist aber nicht auf diesen Bereich beschränkt. Die parallel neben dem Driftbereich 9 angeordnete Grabenstruktur 16 besteht aus leitfähigen Platten 20, bspw. aus Polysilizium mit dielektrischen Zwischenschichten 21 im Wechsel. Diese Grabenstruktur 16 kann eine ähnliche Breite wie der Driftbereich 9 aufweisen. Die dielektrischen Zwischenschichten bestehen vorzugsweise aus einem Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante größer als 20 und es sind auch deutlich höhere Werte möglich, bspw. 50 bis 1000. Derartige Materialien werden auch als high-k-Material bezeichnet.
Die Grabenstruktur 16 kann sich mit ihren Platten 20 in erster lateraler Richtung 12 auch weiter ausdehnen als hier in 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die elektrisch leitende Platte 20 im Bereich der ersten Anschlusszone 13 mit dem Drain-Potential verbunden und die elektrisch leitende Platte 20 der Grabenstruktur 16 in der zweiten Anschlusszone 14 ist mit dem Source-Potential verbunden. Die dazwischen angeordneten leitfähigen Platten 20 sind nicht an ein festes Potential angeschlossen und bilden einen kapazitiven Spannungsteiler zwischen Drain und Source. Gegenüber dem Driftbereich 9 sind die leitfähigen Platten 20 durch eine elektrisch isolierende dielektrische Zwischenschicht 21, die auch ein high-k-Material enthalten kann, getrennt.
Wie oben erwähnt, enthält die Struktur in der zweiten Anschlusszone 14 ein MOS-Gate zur Steuerung des Drain-Stroms, das wie die 1 zeigt, planar ausgeführt ist, jedoch auch in einem in zweiter lateraler Richtung 15 langgestreckten Graben oder im sourceseitigen Teil der Grabenstruktur 16 eingebracht sein kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Struktur aus Halbleiterkörper 6 und Grabenstruktur 16 auf einem komplementär zu dem Driftbereich 9 schwachdotierten Substrat angeordnet. Um ein Leistungshalbleiterbauteil zu bilden, werden viele der in 1 gezeigten Zellstrukturen parallel zueinander angeordnet.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle des Halbleiterbauelementes 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 mit auf die Oberseite 7 des Halbleiterkörpers 6 und der Grabenstruktur 16 aufgebrachten Oxid-Schichten 54. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Die Oxide 41 und 54 sind hier transparent gezeichnet, um die Anordnung der Gate-Elektrode 42 zu verdeutlichen. Unterhalb der Gate-Elektrode 42 ist das Gate-Oxid 41 mit einer Dicke von etwa 50 nm bis 150 nm angeordnet. Die Gate-Elektrode 42 selbst ist aus polykristallinem Silizium hergestellt und wird umgeben und geschützt von einer weiteren Siliziumoxidschicht 54. Mit dem Aufbringen dieser Oxidschicht 54 zum Schutz der Gate-Elektrode 42 werden die Source-Elektrode 40 und der Drain-Anschluss 28 ebenfalls gegenüber der Darstellung in 1 in ihrer Dicke verstärkt. Dieses verstärkende Material kann ein galvanisch aufgebrachtes Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen.
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von zwei parallelen lateralen Zellen eines Halbleiterbauelementes 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1. In dieser Darstellung wurde der Schnitt durch die Zellen nicht durch die Grabenstruktur 16 gelegt wie in den 1 und 2, sondern durch den Halbleiterkörper 6, sodass die Struktur des MOSFET-Transistors 36 verdeutlich werden kann. In dieser Darstellung sind im Wechsel ein erster Driftbereich 9 in erster lateraler Richtung 12 dargestellt, dahinter ein erster Graben 19, darauf folgend ein weiterer Driftbereich 29 und anschließend zum Abschluss der zweiten Zelle eine zweite Grabenstruktur 22. Die Driftbereiche 9 und 29 sind von den Grabenstrukturen 19 und 22 durch eine dielektrische Schicht 18 auf den Grabenwänden 17 und den Grabenböden 50 isoliert und weisen in dem ersten Anschlusszone 13 in zweiter lateraler Richtung 15 hochdotierte Zonen 53 des gleichen Leitungstyps wie die Driftbereiche 9 und 29 als Drain-Bereiche 55 auf, die mit einem Metallstreifen 24 als Drain-Anschluss 28 auf der Oberseite 7 des Halbleiterkörpers 6 verbunden sind, wobei gleichzeitig ein ohmscher Kontakt zu den äußeren elektrisch leitenden Platten 20 der Grabenstrukturen 16 auf den Gräben 19 und 22 hergestellt wird.
Die Anschlusszone 14, die hier im Querschnitt dargestellt ist, weist in dem Driftbereich 9 eine komplementär dotierte Wanne 27 auf, die auch als Bodyzone 37 benannt wird und einen hochdotierten Bereich 38, der mit der Source-Elektrode 40 in Verbindung steht, die gleichzeitig die Bodyzone 37 kontaktiert. Zwischen dem hochdotierten Bereich 38 in Richtung auf den Drain-Bereich 55 ist über der komplementär dotierten Wanne 22 die Gate-Elektrode 42 angeordnet, die durch ein Gate-Oxid 41 von dem darunter liegenden Wannenmaterial isoliert ist, jedoch durch ein Gate-Potential in der Lage ist, einen Drain-Strom über einen Gate-Kanal 43 im Halbleiterkörper 6 unterhalb der Gate-Elektrode 42 zu steuern. Die Grabenstruktur 16 entspricht der Grabenstruktur 16, wie sie bereits mit den 1 und 2 gezeigt wird. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den 1 und 2 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Die 4 bis 12 zeigen eine schematische perspektivische Ansicht bzw. Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung einer lateralen Zelle mit Grabenstruktur 16. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden in den 4 bis 12 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Struktur aus einem Substrat 44 mit aufgebrachter Epitaxieschicht als Halbleiterkörper 6. Der Halbleiterkörper 6, der ein Ausschnitt der Epitaxieschicht ist, weist eine Oberseite 7 und eine Unterseite 8 auf, und erstreckt sich in einer ersten lateralen Richtung 12 auf dem Substrat 44.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur der 4 nach Einbringen eines Grabens 19 in einer ersten lateralen Richtung 12 in den Halbleiterkörper 6. Dieser Graben 19 weist einen Grabenboden 50 auf, der in dieser Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig die Oberseite des Substrats 44 bildet. Doch ist es durchaus möglich, dass der Graben 19 nicht bis an das Substrat 44 heranreicht und umgekehrt, dass der Graben 19 auch tiefer ausgebildet ist und in das Substrat 44 hineinragt. Parallel zu der Grabenstruktur 16 erstreckt sich in der ersten lateralen Richtung 12 ein Driftbereich 9 einer Driftzone 11, der durch das Einbringen der Grabenstruktur 16 in die Epitaxieschicht, bzw. den Halbleiterkörper 6 gebildet wird.
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur der 5 nach Aufbringen einer dielektrischen Schicht 18 auf die Grabenwand 17 und den Grabenboden 50. Die dielektrische Schicht 18 kann aus den Oxiden des Halbleiterkörpers 6 aufgebaut sein und durch Oxidation des Halbleiterkörpers 6 und des Substrats 44 entstanden sein. Andererseits ist es auch möglich, auf den Grabenboden 50 und auf die Grabenwand 17 ein high-k-Material aufzubringen, um die Grabenstruktur 16 von dem Substrat 44 und dem Driftbereich 9 bzw. der Driftzone 11 zu isolieren.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 6 nach Auffüllen des Grabens 19 mit einem elektrisch leitenden Material 51. Dieses elektrisch leitende Material 51 kann polykristallines Silizium sein, das sich für ein Aufbringen auf einen Halbleiterwafer in Grabenstrukturen 16 bewährt hat.
8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 7 nach Einbringen von plattenförmigen Zwischenräumen 49 in das elektrisch leitende Material 51 der 7. Diese plattenförmigen Zwischenräume 49 entsprechen in ihrer Breite in etwa den Platten 20 aus elektrisch leitendem Material 51 und sind derart in die Grabenstruktur 16 eingebracht, dass sie sich orthogonal zu der ersten lateralen Richtung 12 erstrecken.
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 8 nach Aufbringen einer dielektrischen Zwischenschicht 21 auf das strukturierte elektrisch leitende Material 51 der 8. Mit diesem Schritt wird eine dünne, elektrisch leitende Zwischenschicht 21 sowohl auf den gesamten Wafer als auch in den Zwischenräumen 49 der Grabenstruktur 16 eingebracht. Diese Zwischenschicht 21 kann ebenfalls ein high-k-Material aufweisen. Zumindest ist es ein Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante größer 20 und in einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung größer 200. Mindestens jedoch sollte das dielektrische Material der Zwischenschichten 21 eine relative Dielektrizitätskonstante aufweisen, die größer als die doppelte relative Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers 6 ist.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 9 nach Auffüllen der dort gezeigten plattenförmigen Zwischenräume 49 der Grabenstruktur 16 mit einem elektrisch leitenden Material 52. Dieses elektrisch leitende Material 52 kann eine von dem elektrisch leitenden Material 51 unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. So ist es möglich, dass das elektrisch leitende Material 51 Polysilizium ist, während das elektrisch leitende Material 52 ein galvanisch abgeschiedenes Kupfer oder eine Legierung desselben aufweist. Bei diesem Verfahrensschritt kann durchaus das zusätzliche elektrisch leitende Material 52 die gesamte Oberseite des Wafers bedecken. In einem weiteren Schritt kann die Oberseite des Halbleiterwafers von der durchgehenden Schicht aus dem leitenden Material 52 befreit werden, was mit 11 gezeigt wird.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Struktur gemäß 10 nach Entfernen von elektrisch leitendem Material von der Oberseite 7 des Halbleiterkörpers und der Grabenstruktur 16. Dieser Abtragsvorgang wird zum Stehen gebracht, sobald die dielektrische Zwischenschicht 21 auf der Oberseite 7 erreicht ist.
12 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Struktur gemäß 11 nach Fertigstellung der lateralen Zelle mit Grabenstruktur 16. Dabei ist in dem Driftbereich 9 keinerlei Struktur bisher eindiffundiert oder implantiert oder eingeätzt worden. Derartige Verfahrensschritte können jedoch auch vor oder zwischen den hier gezeigten Schritten mit den 4 bis 12, wenn es fertigungstechnisch zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes von Vorteil ist, eingebracht werden.
13 zeigt einen schematischen Querschnitt der lateralen Zelle gemäß 12 im Bereich der Grabenstruktur 16 nach Fertigstellung eines MOSFET-Transistors 36 als erste Ausführungsform der Erfindung. Über der Grabenstruktur 16 erstreckt sich nun in der ersten lateralen Richtung eine schützende Oxid- oder Nitridschicht, während die Grabenstruktur 16 durch die erste und die zweite Anschlusszone 13 und 14 seitlich begrenzt wird. Dabei werden die Endplatten 56 und 57 der Gra benstruktur 16 jeweils mit dem Drain-Anschluss 28 bzw. der Source-Elektrode 40 elektrisch kontaktiert, sodass sich über den kapazitiven Spannungsteiler der metallisch leitenden Platten 20 und den dazwischen angeordneten dielektrischen Schichten 21 das Potential zwischen Source und Drain verteilt.
14 zeigt einen schematischen Querschnitt der lateralen Zelle gemäß 12 im Bereich der Driftzone 11 nach Fertigstellung des MOSFET-Transistors 36 als erste Ausführungsform der Erfindung. Die in der ersten lateralen Richtung 12 angeordnete Driftzone 11 mit dem Driftbereich 9 weist in dieser Ausführungsform der Erfindung die bereits oben erläuterte Struktur auf und wird zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut erörtert.
15 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer lateralen Zelle eines lateralen Halbleiterbauelementes 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Diese zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 3 gezeigt wird dadurch, dass bei diesem lateralen Halbleiterbauelement 2 in Form eines MOSFET-Transistors 36 zwischen dem komplementär dotierten Substrat 44 und der Driftzone 11 eine Isolationsschicht 47 angeordnet ist, die gewährleistet, dass sich keine parasitären Halbleiterelemente in Wechselwirkung mit dem Substrat 44 ausbilden können. Das Substrat kann auch denselben Dotierungstyp wie die Driftzone 11 aufweisen. Noch idealer ist es, wenn anstelle der lediglich isolierenden Schicht 47 ein komplett isolierendes Substrat 44 eingesetzt wird, wie es beispielsweise in der SOS-Technologie (silicon on saphire) oder wie beispielsweise in der SOI-Technologie (silicon on insulator), wobei das isolierende Substrat 44 bspw. ein isolierendes Halbleitermaterial sein kann, wie das GaInAs, das bei einem Anteil von mehr als 10 % Indium einen derartigen Bandabstand aufweist, dass es bei der Betriebstemperatur der hier vorgestellten Halbleiterbauelemente als Isolator wirkt.
16 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von zwei parallelen lateralen Zellen eines lateralen Halbleiterbauelementes 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 dadurch, dass vor dem Beschichten der Grabenwand 17 mit einem isolierenden Material in die Grabenwand 17 eine zu den Driftbereichen 9 und 29 komplementär dotierte Zone 23 implantiert wird. Dabei können die durch ein elektrisches Feld beschleunigten Ionen unter einem Neigungswinkel in die Grabenstruktur 16 eingebracht werden, sodass wie in diesem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, die Grabenwände 17 einseitig mit einer derart komplementär dotierten Zone 23 belegt werden.
In gleicher Weise können auch die gegenüberliegenden Grabenwände 17 durch Kippen des Halbleiterwafers um einen entsprechenden Winkel dotiert werden, während der Bodenbereich aufgrund des Neigungswinkels während der Ionenimplantation praktisch keine Störstellen aufnimmt. Diese Ausführungsform der Erfindung hat, wie oben bereits diskutiert, den Vorteil, dass die Halbleitergebiete der Driftbereiche 9 und 29 zusätzlich zu der Leitfähigkeit im eingeschalteten Zustand nun Dotierungsgebiete mit entgegengesetzter Dotierung aufweisen, die im Sperrfall zumindest teilweise die Driftstreckendotierung kompensieren und somit den Sperrfall sicherstellen. Gleichzeitig ist eine Erhöhung der Dotierstoffkonzentration in den Driftbereichen 9 und 29 aufgrund dieser zusätzlichen komplementär dotierten Zone 23 in den Grabenwänden 17 möglich.
17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein laterales Halbleiterbauelement 4 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke D der Epitaxieschicht, die den Driftbereich darstellt, gering und liegt im Bereich von wenigen μm. Eine derartig dünne Driftzone 11 kann durch das Anlegen eines Potentials an eine komplementär dotierte Wanne 27, die als Gate-Zone 46 eines JFET-Transistors 45 ausgebildet ist, einen unterhalb der Wanne 27 sich ausbildenden Kanal 43 zu dem komplementär dotierten Substrat 44 derart abschnüren, dass zwischen dem isoliert von der Wanne 27 angebrachten Source-Bereich 39 in der zweiten Anschlusszone 14 und dem Drain-Bereich 55 in der ersten Anschlusszone 13 kein Drain-Strom mehr fließt. Ein derartiger JFET-Transistor 45 kann einen Drain-Strom leiten, wenn kein sperrendes Gate-Potential an der Gate-Zone 46 anliegt. Im Gegensatz zum MOSFET-Transistor, wie er in den vorhergehenden Figuren gezeigt wird, bildet die Gate-Elektrode 42 mit der P-Wanne 27 einen ohmschen Kontakt aus.
18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein laterales Halbleiterbauelement 5 einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine Schottky-Diode 48, die in der zweiten Anschlusszone 14 mit ihrem Schottky-Kontakt 26 in eine Grabenstruktur 25 auf der Oberseite 7 des Halbleiterkörpers 6 hineinragt. Die Gegenelektrode wird von einer hochdotierten Zone 53 gleichen Leitungstyps wie der Driftbereich 9 gebildet. Dabei sind die erfindungsgemäßen Grabenstrukturen durch Unterteilung der Driftzone 11 in einzelne Driftbereiche 9 in analoger Form gestaltet, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung, sodass eine höhere Dotierung in den Driftbereichen 9 der Driftzone 11 und damit ein geringerer Einschaltwiderstand der Schottky-Diode 48 erreicht werden kann. Der Schottky-Kontakt 26 kann auch auf der Oberseite 7 oder in der Grabenstruktur 16 ausgebildet sein.

Claims

Laterales Halbleiterbauelement, das einen Halbleiterkörper (6) mit einer Oberseite (7) und einer Unterseite (8) aufweist, wobei unterhalb der Oberseite (7) eine in mehrere Driftbereiche (9) unterteilte niedrig bis mitteldotierte Driftzone (11) eines ersten Leitungstyps angeordnet ist und wobei sich die Driftbereiche (9) der Driftzone (11) in einer ersten lateralen Richtung (12) erstrecken und von einer ersten und einer zweiten Anschlusszone (13, 14), die sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung (12) in eine zweite laterale Richtung (15) erstrecken, begrenzt sind und wobei zwischen den Driftbereichen (9) Grabenstrukturen (16) in erster lateraler Richtung (12) angeordnet sind, deren Grabenwände (17) eine dielektrische Schicht (18) aufweisen und wobei die Gräben (19) ein dielektrisches high-k-Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante und/oder einer Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten (20) und Zwischenschichten (21) aus dielektrischem Material aufweisen, und wobei sich die Platten (20) der Plattenfolge in den Gräben (19) orthogonal zu der ersten lateralen Richtung (12) erstrecken.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Grabenstrukturen (16) mit den Anschlusszonen (13, 14) elektrisch in Verbindung steht.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material HfO₂, ZrO₂, TiO₂ und/oder Ti tanate, vorzugsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat und/oder Barium-Strontium-Titanat aufweist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material Oxide und/oder Nitride des Materials des Halbleiterkörpers (6) aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (18) auf den Grabenwänden (17) ein high-k-Material aufweist und/oder das dielektrische Material der Zwischenschichten (21) in den Gräben (19) ein high-k-Material aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (6) monokristalline elementare Halbleiter, vorzugsweise Si, Ge oder C oder IV-IV Verbindungshalbleiter wie SiC oder Si/SiGe aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (6) monokristalline III-V Verbindungshalbleiter, vorzugsweise GaAs, GaP, GaN oder InP aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (6) mono kristalline Heterostrukturen, vorzugsweise GaAs/AlGaAs, GaP, GaN/AlGaN, GaAs/InGaAsP oder InP aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenwände (17) eine komplementär zu den benachbarten Driftbereichen (9) dotierte Zone (23) des Halbleiterkörpers (6) aufweisen, und/oder in den Driftbereichen (9) eine oder mehrere komplementär dotierte Zonen angeordnet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusszone (13) hochdotiert ist und einen Metallstreifen (24) aufweist, der einen ohmschen Kontakt mit der hochdotierten ersten Anschlusszone (13) gleichen Leitungstyps wie die Driftzone (11) bildet und dass die zweite Anschlusszone (14) einen Schottky-Kontakt (26) aufweist, wobei zwischen den Anschlusszonen (13, 14) die Driftbereiche (9) der Driftzone (11) angeordnet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusszone (13) eine erste Elektrode einer PIN-Diode bildet und einen Metallstreifen (24) aufweist, der einen ohmschen Kontakt mit der ersten Anschlusszone (13) gleichen Leitungstyps wie die Driftzone (11) jedoch hochdotiert bildet, und dass die zweite Anschlusszone (14) implantierte und/oder diffundierte Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyps zu der Driftzone (11) aufweist und wobei die Wannen (27) über eine gemeinsame Streifenelektrode auf der Oberseite (7) des Halbleiterkörpers (6) zu einer zweiten Elektrode entlang der zweiten lateralen Richtung (15) einer PIN-Diode zusammengeschaltet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusszone (13) ein Drain-Anschluss (28) eines lateralen MOSFET-Transistors (36) ist und einen Metallstreifen (24) aufweist, der einen ohmschen Kontakt mit der ersten Anschlusszone (13), welche den gleichen Leitungstyp wie die Driftzone (11) jedoch hochdotiert aufweist, bildet.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlusszone (14) implantierte und/oder diffundierte Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone (11) aufweist, wobei die Wannen (27) die Bodyzone (37) eines lateralen MOSFET-Transistors (36) bilden und jeweils einen hochdotierten Bereich (38) gleichen Leitungstyps wie die Driftzone (11) als Source-Bereich (39) aufweisen, wobei die hochdotierten Bereiche (38) über Leiterbahnen zu einer Source-Elektrode (40) zusammengeschaltet sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite (7) oberhalb der Bodyzone (37) ein Gate-Oxid (41) und eine Gate-Elektrode (42) derart angeordnet sind, dass sich ein Kanal (43) zu den Driftberei chen (9) der Driftzone (11) ausbildet, der über ein Gate-Potential an der Gate-Elektrode (42) steuerbar ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die implantierten und/oder diffundierten Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone (11), perlenschnurförmig in der zweiten lateralen Richtung (15) angeordnet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlusszone (14) einen hochdotierten streifenförmigen Bereich (38) in der Driftzone (11) aufweist, der sich in der zweiten lateralen Richtung (15) erstreckt und den gleichen Leitungstyp, wie die Driftzone (11) aufweist, und komplementär zu der Driftzone (11) dotierte Wannen (27) aufweist, die zwischen dem streifenförmigen Bereich (38) und der ersten Anschlusszone (13) angeordnet sind, wobei der Halbleiterkörper (6) mit seiner Unterseite (8) auf einem komplementär zu der Driftzone (11) dotierten Substrat (44) angeordnet ist, sodass sich zwischen den Wannen (27) und dem Substrat (44) ein Kanal (43) eines JFET-Transistors (45) (junction field effect transistor) ausbildet, dessen Gate-Zone (46) die komplementär dotierten Wannen (27) der zweiten Anschlusszone (14) bilden, und wobei der streifenförmige hochdotierte Bereich (38) der zweiten Anschlusszone (14) den Source-Bereich (39) und die erste Anschlusszone (13) den Drain-Anschluss (28) des JFET (45) darstellt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (6) mit seiner Unterseite (8) auf einem komplementär dotierten Halbleitersubstrat (44) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (6) mit seiner Unterseite (8) auf einer isolierenden Schicht (47) und/oder einem isolierenden Substrat (44) wie Saphir angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (1 bis 5) eine Spannungsfestigkeit zwischen 100 Volt und 2000 Volt, vorzugsweise zwischen 400 Volt und 700 Volt, aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Verfahren nachfolgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Substrats (44) in Form eines Wafers für Halbleiterbauelemente (1 bis 5) mit hoher Spannungsfestigkeit; – Aufbringen einer schwach- bis mitteldotierten monokristallinen Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps als Halbleiterkörper (6) für eine Driftzone (11) auf das Substrat (44); – Einbringen von Grabenstrukturen (16) zum Unterteilen der Driftzone (11) in Driftbereiche (9) durch Einbringen von parallelen Gräben (19, 22) in der ersten lateralen Richtung (12) und Auffüllen der Gräben (19, 22) mit einem dielektrischen high-k-Material mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante und/oder mit einer Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten (20) und dielektrischen Schichten (21), unter orthogonalem Anordnen der Platten (20) zu der ersten lateralen Richtung (12); – Einbringen einer langgestreckten ersten Anschlusszone (13), die sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung (12) in eine zweite laterale Richtung (15) erstreckt und die Driftzone (11) der Halbleiterbauelementpositionen jeweils einseitig begrenzt und – Einbringen einer der ersten Anschlusszone (13) parallel gegenüberliegend angeordneten zweiten Anschlusszone (14).
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Gräben (19, 22) mittels Nassätzen, Plasmaätzen oder Laserabtrag erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllen der Gräben (19, 22) mit high-k-Material mittels Sputtertechnik, Aufdampfen, Plasmaabscheidung, Aufbringen einer Lösung oder Gasphasenabscheidung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllen der Gräben (19, 22) mit einer Platten-/Schichtfolge von hintereinander alternierend angeordneten elektrisch leitenden Platten (20) und dielektrischen Schichten (21), unter orthogonalem Anordnen der Platten (20) zu der ersten lateralen Richtung (12), mit nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt: – Aufbringen einer dielektrischen Schicht (18) auf die Wand- und Bodenbereiche der Gräben (10, 22); – Auffüllen der Gräben (19, 22) mit einem leitfähigen Material (51); – Strukturieren des leitfähigen Materials (51) in den Gräben (19, 22) zu leitfähigen Platten (20) orthogonal zu der ersten lateralen Richtung (12) unter Bilden von plattenförmigen Zwischenräumen (49); – Aufbringen einer dielektrischen Zwischenschicht (21) auf die Strukturen in den Gräben (19, 22); – Auffüllen der plattenförmigen Zwischenräume (49) mit elektrisch leitendem Material (52) unter Bilden weiterer elektrisch leitender und orthogonal ausgerichteter Platten (20) in den Gräben (19, 22).
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen einer dielektrischen Schicht (18) auf die Grabenwände (17) der Gräben (19, 22) mindestens einseitig eine komplementär zu den Driftbereichen (9) dotierte Zone (23) von der Grabenstruktur (16) aus mittels einer Ionenimplantation unter einem vorgegebenen Neigungswinkel gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen einer hochdotierten langgestreckten ersten Anschlusszone (13), die sich senkrecht zu der ersten lateralen Richtung (12) in eine zweite laterale Richtung (15) erstreckt und die Driftzone (11) der Halbleiterbau elementpositionen jeweils einseitig begrenzt, dadurch erfolgt, dass zunächst eine Diffusionsmaske oder Implantationsmaske mittels Photolithographie auf dem Wafer angeordnet wird und anschließend eine Diffusion bzw. Ionenimplantation mit nachfolgender Rekristallisation und Diffusion von Störstellen, welche den gleichen Leitungstyp wie der Leitungstyp der Driftzone (11) bereitstellen, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Anschlusszone (14) Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone (11) in die Driftbereiche (9) implantiert und/oder diffundiert werden, wobei die Wannen (27) die Bodyzone (37) eines lateralen MOSFET-Transistors (36) bilden, in der jeweils ein hochdotierter Bereich (38) gleichen Leitungstyps wie die Driftzone (11) als Source-Bereich (39) eingebracht wird, und wobei die hochdotierten Bereiche (38) über eine streifenförmige Leiterbahn, die sich in der zweiten lateralen Richtung (15) erstreckt, zu einer Source-Elektrode (40) zusammengeschaltet werden, während die erste Anschlusszone (13) den Drain-Anschluss (28) des lateralen MOSFET-Transistors (36) bildet.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite (7) oberhalb der Bodyzone (37) ein Gate-Oxid (41) und Gate-Elektroden (42) in den Halbleiterbauelementpositionen derart angeordnet werden, dass ein Kanal (43) zwischen den Source-Bereichen (39) und den Driftbereichen (9) der Driftzone (11) entsteht, der über ein Gate-Potential den Drain-Strom steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Anschlusszone (14) zur Herstellung von Schottky-Dioden (48) Grabenstrukturabschnitte mit Grabenwänden (17) in die Oberseite (7) des Halbleiterkörpers (6) in den Driftbereichen (9) eingebracht werden, wobei sich die Grabenabschnitte in der zweiten lateralen Richtung (15) erstrecken, und die Grabenwände (17) mit einem Schottky-Kontakt (26) versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Anschlusszone (14) zur Herstellung von PIN-Dioden Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone (11) in die Driftbereiche (9) implantiert und/oder diffundiert werden, wobei die Wannen (27) über eine streifenförmige Leiterbahn, die sich in der zweiten lateralen Richtung (15) erstreckt, zu einer Elektrode der PIN-Diode zusammengeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Anschlusszone (14) Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyp zu der Driftzone (9) implantiert und/oder diffundiert werden, und wobei die Wannen (27) die Basiszone eines lateralen IGBT-Transistors bilden, in der jeweils ein hochdotierter Bereich (38) gleichen Leitungstyps wie die Driftzone (9) als Emitterbereich eingebracht wird, wobei die hochdotierten Bereiche (38) über eine streifenförmige Leiterbahn, die sich in der zweiten lateralen Richtung (15) erstreckt, zu einer Emitter-Elektrode zusammengeschaltet werden, während die erste Anschlusszone (13) den Kollektoranschluss des lateralen IGBT-Transistors bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines JFET-Transistors (45) ein Substrat (44) in Form eines Wafers mit komplementärer Dotierung zu einer schwachdotierten Epitaxieschicht die als Halbleiterkörper (6) für eine Driftzone (11) auf das Substrat (44) aufgebracht wird, bereitgestellt wird, und nach Strukturieren von Driftbereichen (9) und Grabenstrukturen (16), als zweite Anschlusszone (14) Wannen (27) mit komplementärem Leitungstyps zu der Driftzone (11) in den Driftbereichen (9) implantiert und/oder diffundiert werden, und wobei die Wannen (27) die Gate-Zone (46) eines lateralen JFET-Transistors (45) bilden, die in Zusammenwirken mit dem Substrat (44) einen Kanal (43) bildet, der sich zwischen einem hochdotierten Source-Bereich (39) der zweiten Anschlusszone (14) und einem hochdotierten Drain-Anschluss (28) der ersten Anschlusszone (13) in den Driftbereichen (9) unterhalb der Wannen (27) ausbildet.