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DE102005041838B3 - Halbleiterbauelement mit platzsparendem Randabschluss und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements - Google Patents

Halbleiterbauelement mit platzsparendem Randabschluss und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements Download PDF

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DE102005041838B3
DE102005041838B3 DE102005041838A DE102005041838A DE102005041838B3 DE 102005041838 B3 DE102005041838 B3 DE 102005041838B3 DE 102005041838 A DE102005041838 A DE 102005041838A DE 102005041838 A DE102005041838 A DE 102005041838A DE 102005041838 B3 DE102005041838 B3 DE 102005041838B3
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zone
semiconductor
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DE102005041838A
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English (en)
Inventor
Jenö Dr. Tihanyi
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem mit platzsparendem Randabschluss, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten und zweiten Seite (101, 102), DOLLAR A eine erste Halbleiterzone (11) eines ersten Leitungstyps und wenigstens eine zweite Halbleiterzone (12) eines zweiten Leitungstyps, zwischen denen ein Halbleiterübergang (13) gebildet ist, der wenigstens abschnittsweise parallel zu der ersten Seite (101) verläuft, DOLLAR A eine in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) benachbart zu der zweiten Halbleiterzone (12) angeordnete Randstruktur (20), die wenigstens einen Graben (31; 31A-31E) aufweist, der sich ausgehend von der ersten Seite (101) in einer vertikalen Richtung in der ersten Halbleiterzone (11) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt und der mit einem dielektrischen Material (32) aufgefüllt ist, und die im Bereich der ersten Seite (101) eine Halbleiterzone (34) aufweist, die höher als die erste Halbleiterzone (11) dotiert ist, DOLLAR A eine Passivierungsschicht (41), die im Bereich der Randstruktur (20) auf die erste Seite (101) aufgebracht ist, ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das in einem Halbleiterkörper wenigstens eine erste Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps und eine Halbleiterzone eines zweiten Leitungstyps aufweist, zwischen denen ein Halbleiterübergang gebildet ist, und bei dem in einer lateralen Richtung benachbart zu der zweiten Halbleiterzone eine Randstruktur angeordnet ist, die wenigstens einen mit einem Dielektrikum gefüllten Graben aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Randstruktur.
  • Eine Bauelementstruktur mit einem Halbleiterübergang, d.h. einem pn-Übergang findet sich sowohl bei bipolaren Bauelementen, wie Dioden, Bipolartransistoren und IGBT als auch bei unipolaren Bauelementen, wie MOSFET. Diese Bauelemente unterscheiden sich zwar bezüglich ihres Verhaltens in leitend angesteuertem Zustand, im sperrenden Zustand ist diesen Bauelementen jedoch gemeinsam, dass sich ausgehend von dem sperrend gepolten Halbleiterübergang mit zunehmender Sperrspannung eine Raumladungszone ausbreitet.
  • Bei vertikalen Bauelementen verläuft dieser pn-Übergang im wesentlichen parallel zu einer der Seiten des Halbleiterkörpers. Ohne zusätzliche Maßnahmen ist bei solchen Bauelementen die Spannungsfestigkeit in den Bereichen reduziert, die sich in lateraler Richtung an den pn-Übergang anschließen. Üblicherweise ist dies der Randbereich des Halbleiterkörpers, also der Bereich, der benachbart angeordnet ist zu einem in vertikaler Richtung zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite des Halbleiterkörpers verlaufenden Rand. Der Bereich mit dem pn-Übergang bildet üblicherweise den Innenbereich, der flächenmäßig größer ist als der Randbereich.
  • Um die Spannungsfestigkeit im Randbereich zu erhöhen und dadurch bei Erreichen einer maximalen Sperrspannung einen Spannungsdurchbruch in dem flächenmäßig größeren Innenbereich zu erreichen sind unterschiedlichste Randabschlüsse bekannt. Bei derartigen Randabschlüssen, die ausführlich in Baliga: "Power Semiconductor Devices", PWS Publishing, 1995, Seiten 81 bis 110, beschrieben sind, unterscheidet man planare Randabschlüsse und abgeschrägte Randabschlüsse. Planare Randabschlüssen umfassen beispielsweise sogenannte dotierte Feldringe um die Innenzone oder Feldplatten oberhalb der Seiten des Halbleiterkörpers. Abgeschrägte Randabschlüsse sind durch Abschrägen des Randes gebildet. Planare und abgeschrägte Abschlüsse können kombiniert werden.
  • Aufgabe der Randabschlüsse ist es, bei Anliegen einer Sperrspannung die Krümmung des Feldlinienverlaufes im Randbereich zu reduzieren und die auftretenden Feldstärken im Randbereich gegenüber den auftretenden Feldstärken im Innenbereich zu reduzieren. Besonders planare Randabschlüsse, die gegenüber abgeschrägten Abschlüssen den Vorteil besitzen, dass sie mittels herkömmlicher Dotierungs- und Abscheideschritte herstellbar sind, sind allerdings sehr platzaufwendig. Das heißt, sie erfordern zwischen der für aktive Bauelementbereiche genutzten Innenzone und dem Rand eine breite Randzone, wodurch ein nicht unerheblicher Teil der Chipfläche für aktive Bauelementbereiche nicht zur Verfügung steht.
  • Die WO 00/38242 A1 beschreibt einen benachbart zu einem pn-Übergang in einem Halbleiterkörper angeordneten Randabschluss, der einen Graben aufweist, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist und der sich in vertikaler Richtung ausgehend von einer Vorderseite in einen Halbleiterkörper hinein erstreckt. Der Halbleiterkörper weist hierbei eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps und im Bereich der Vorderseite einen Bereich eines zweiten Leitungstyps zur Bildung des pn-Übergangs auf. Ausgehend von diesem Bereich des zweiten Lei tungstyps erstreckt sich ein schwächer dotierter Bereich des zweiten Leitungstyps in lateraler Richtung bis zu dem Graben. Optional umgibt dieser schwächer dotierte Bereich den Graben vollständig.
  • Die DE 103 12 911 A1 beschreibt ein Halbleiterbauelement mit einem benachbart zu einem pn-Übergang in einem Halbleiterkörper angeordneten Randabschluss. Der pn-Übergang ist dabei zwischen einem eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweisenden ersten Bereich und einem eine Dotierung des zweiten Leitungstyps aufweisenden zweiten Bereich gebildet. Der Randabschluss weist wenigstens einen Graben auf, der sich ausgehend von einer Vorderseite in den Halbleiterkörper hinein erstreckt und der mit einem Dielektrikum aufgefüllt ist. Benachbart zu dem Graben, der in dem ersten Bereich angeordnet ist, ist wenigstens eine dritte Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps vorhanden.
  • Die EP 1 394 860 A2 beschreibt ein Leistungsbauelement mit einem pn-Übergang zwischen einer p-dotierten Zone und einem eine n-Grunddotierung eines Halbleiterkörpers aufweisenden Bereich. Dieses Bauelement weist eine Randstruktur auf, in der komplementär zu der Grunddotierung dotierte ringförmige Zonen und eine ringförmige Zone des gleichen Leitungstyps wie die Grunddotierung vorhanden sind. Die ringförmige Zone des gleichen Leitungstyps wie die Grunddotierung ist hierbei höher dotiert als die Grunddotierung des Halbleiterkörpers.
  • Oberhalb der Randstruktur wird bei solchen Bauelementen üblicherweise eine Dielektrikumsschicht auf die Seite des Halbleiterkörpers aufgebracht, ausgehend von der sich der Graben in den Halbleiterkörper erstreckt. Diese Dielektrikumsschicht dient zur Passivierung des Bauelements. Insbesondere im Bereich der Oberfläche dieser Passivierungsschicht kann es bei Betrieb des Bauelements zu einer Ionisierung von Atomen kommen. Nachteilig hierbei ist, dass die daraus resultierenden positiv oder negativ geladenen Ionen den Verlauf des elektri schen Feldes im Bereich der darunter liegenden Randstruktur und damit die Spannungsfestigkeit des Bauelements beeinflussen können.
    •
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement mit einer Randstruktur zur Verfügung zu stellen, das die oben angegebenen Nachteile nicht aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer solchen Randstruktur zur Verfügung zu stellen. Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 und durch ein Ver fahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 14 erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Seite auf, in dem eine erste Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps und wenigstens eine zweite Halbleiterzone eines zweiten Leitungstyps vorhanden sind. Zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone ist ein Halbleiterübergang gebildet der wenigstens abschnittsweise parallel zu der ersten Seite verläuft. Eine Randstruktur ist bei diesem Bauelement in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers benachbart zu der zweiten Halbleiterzone angeordnet und weist wenigstens einen Graben auf, der sich ausgehend von der ersten Seite in einer vertikalen Richtung in der ersten Halbleiterzone in den Halbleiterkörper hineinerstreckt und der mit der mit einem dielektrischen Material aufgefüllt ist. Weiterhin umfasst die Randstruktur eine dritte Halbleiterzone eines zweiten Leitungstyps, die sich wenigstens abschnittsweise an eine der ersten Seite abgewandten Seite des wenigstens einen Grabens anschließt. Weiterhin ist eine Passivierungsschicht auf die erste Seite im Bereich der Randstruktur aufgebracht. Diese Passivierungsschicht besteht beispielsweise aus einem dielektrischen Material, das dem dielektrischen Material in dem wenigstens einen Graben entsprechen kann.
  • Um während des Betriebs des Bauelements negative Auswirkungen von Ionen, die sich an der Oberfläche der Passivierungsschicht bilden können, auf den Verlauf des elektrischen Feldes in dem Halbleiterkörper, insbesondere im Bereich der Randstruktur, zu vermeiden, ist bei dem erfindungsgemäßen Bauelement in der Randstruktur im Bereich der ersten Seite eine vierte Halbleiterzone des ersten Leitungstyps vorhanden, die höher als die erste Halbleiterzone dotiert ist. Ionen, die sich in der oder an der Passivierungsschicht ausbilden, finden in dieser hochdotierten vierten Halbleiterzone eine Gegenladung, und beeinflussen dadurch den Feldverlauf in den unterhalb dieser hochdotierten Zone liegenden Bereichen der Randstruktur nicht.
  • Die hochdotierte vierte Halbleiterzone ist beispielsweise eine mittels Ionenimplantation hergestellte Halbleiterzone. Die Dotierungsdosis für die Herstellung dieser vierten Halbleiterzone ist vorzugsweise höher als 1013cm-2.
  • Der Halbleiterkörper weist einen in vertikaler Richtung zwischen der ersten und zweiten Seite verlaufenden Rand auf, wobei die Randstruktur zwischen dem pn-Übergang und dem Rand angeordnet sein kann. Die Randstruktur kann jedoch auch zur Trennung zwischen mehreren gemeinsam in einem Halbleiterkörper integrierten, jeweils einen pn-Übergang aufweisenden Bauelementen dienen. In diesem Fall ist die Randstruktur in lateraler Richtung zwischen diesen Bauelementstrukturen angeordnet, bzw. die Randstruktur ist so angeordnet, dass sie in lateraler Richtung wenigstens eine dieser Bauelementstrukturen vollständig umgibt. Dies kann dadurch erfolgen, dass der wenigstens eine Graben mit dem darin angeordneten Dielektrikum die zweite Halbleiterzone einer dieser mehreren Bauelementstrukturen ringförmig umgibt.
  • Die Randstruktur umfasst vorzugsweise mehrere in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnete Gräben und mehrere sich jeweils an einen dieser Gräben anschließende dritte Halbleiterzonen des zweiten Leitungstyps. Die Spannungsfestigkeit des Bauelements steigt dabei mit der Anzahl der für die Randstruktur vorgesehenen Gräben. So kann für ein Bauelement mit einer Spannungsfestigkeit von 50V bereits ein Graben ausreichend sein, während es für Spannungsfestigkeiten bis 10kV erforderlich sein kann, bis zu 100 solcher Gräben mit darin angeordnetem Dielektrikum vorzusehen.
  • Wenn mehrere Gräben vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise derart angeordnet, dass ein Abstand zwischen zwei benachbar ten Gräben kleiner ist als eine Tiefe, in welche sich die Gräben in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hineinerstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die einzelnen Gräben dabei jeweils gleich weit in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der wenigstens eine Graben mit dem darin angeordneten Dielektrikum unmittelbar an die zweite Halbleiterzone anschließt.
  • Die Randstruktur mit dem wenigstens einen Graben, der Passivierungsschicht und der hochdotierten vierten Halbleiterzone eignet sich für beliebige bipolare und unipolare vertikale Bauelemente. Bei einer vertikalen Diode bildet die erste Halbleiterzone einen ersten Emitter und die zweite Halbleiterzone bildet eine Basiszone der Diode. Bei der Diode ist außerdem eine sich an die erste Halbleiterzone anschließende weitere Halbleiterzone des ersten Leitungstyps vorhanden, die stärker als die erste Halbleiterzone dotiert ist und die einen zweiten Emitter des Bauelements bildet.
  • Bei einem MOS-Transistor bildet die erste Halbleiterzone eine Driftzone des Bauelements und die zweite Halbleiterzone bildet eine Body-Zone. Der MOS-Transistor umfasst außerdem eine Source-Zone des ersten Leitungstyps, wobei diese Source-Zone durch die Body-Zone von der Driftzone getrennt ist. An die der Body-Zone abgewandte Seite der Driftzone schließt sich bei einem MOS-Transistor eine Drain-Zone an, die bei einem MOSFET vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone, allerdings höher dotiert ist, und die bei einem IGBT komplementär zu der Driftzone dotiert ist. Zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Body-Zone zwischen der Source-Zone und der Driftzone ist eine Gate-Elektrode vorhanden, die benachbart zu der Body-Zone angeordnet ist und die mittels eines Gate-Dielektrikums gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert ist. Diese Gate-Elektrode kann insbesondere in einem Graben ange ordnet sein, der sich ausgehend von der ersten Seite in den Halbleiterkörper hineinerstreckt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Trench-MOS-Transistorstruktur, die wenigstens eine in einem Graben angeordnete Gate-Elektrode aufweist, und mit einer zuvor erläuterten Randstruktur. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, den wenigstens einen Graben der Randstruktur zusammen mit dem wenigstens einen Graben der MOS-Transistorstruktur herzustellen und die vierte Halbleiterzone der Randstruktur zusammen mit der Source-Zone der MOS-Transistorstruktur herzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt ein als Diode ausgebildetes erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in Seitenansicht im Querschnitt.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement gemäß 1 in einer in 1 eingezeichneten Schnittebene A-A.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Diode ausgebildeten erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, das eine Randstruktur mit mehreren Gräben aufweist.
  • 4 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein als Trench-MOS-Transistor ausgebildetes erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement.
  • 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Trench-MOS-Transistor ausgebildeten Halbleiterbauelements.
  • 6 zeigt das Halbleiterbauelement gemäß 5 während einzelner Verfahrensschritte zur Herstellung dieses Bauelements.
  • 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als SOI-IGBT ausgebildeten erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.
    •
  • 1 zeigt in Seitenansicht ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100, in dem eine Bauelementstruktur für eine vertikale Leistungsdiode und eine Randstruktur 20 angeordnet sind. Der Halbleiterkörper 100 weist eine erste Seite 101, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird und eine der ersten Seite 101 gegenüberliegende zweite Seite 102, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, auf. Ein in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 verlaufender Rand, der den Halbleiterkörper 100 in lateraler Richtung begrenzt, ist in 1 mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnet.
  • Der Halbleiterkörper 100 weist eine erste Halbleiterzone 11 eines ersten Leitungstyps und eine zweite Halbleiterzone 12 eines zweiten Leitungstyps auf, zwischen denen ein Halbleiterübergang bzw. ein pn-Übergang gebildet ist, der abschnittsweise parallel zu der Vorderseite 101 verläuft. Die erste Halbleiterzone 11 ist beispielsweise n-dotiert und bildet eine Basiszone bzw. Driftzone der Leistungsdiode, während die zweite Halbleiterzone 12 beispielsweise p-dotiert ist und den p-Emitter der Leistungsdiode bildet. An eine der zweiten Halbleiterzone 12 abgewandte Seite der ersten Halbleiterzone 11 schließt sich eine weitere Halbleiterzone 13 des ersten Leitungstyps an, die stärker als die erste Halbleiterzone 11 dotiert ist. Bei einer n-dotierten Basiszone 11 bildet diese weitere Halbleiterzone 13 den n-Emitter der vertikalen Leistungsdiode, in der bei Anliegen einer Flussspannung ein Ladungsträgerfluss zwischen dem p-Emitter 12 und dem n-Emitter 13 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erfolgt.
  • Die Randstruktur 20 ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 benachbart zu der zweiten Halbleiterzone 12 angeordnet und weist wenigstens einen Graben 31 auf, der sich ausgehend von der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt und der mit einem Dielektrikum 32 aufgefüllt ist. Vorzugsweise schließt sich dieser Graben 31 mit dem darin angeordneten Dielektrikum 32 in lateraler Richtung unmittelbar an die zweite Halbleiterzone 12 an. Der Graben 31 erstreckt sich ausgehend von der Vorderseite 101 in die die Dotierung des ersten Leitungstyps aufweisende ersten Halbleiterzone 11 hinein, wobei unterhalb de Grabens 31 eine dritte Halbleiterzone 33 des zweiten Leitungstyps vorhanden ist, die sich an den mit dem Dielektrikum 32 gefüllten Graben 31 anschließt. Diese dritte Halbleiterzone 33 ist in dem Beispiel gemäß 1 ausschließlich unterhalb des Grabens 31 angeordnet, kann in nicht näher dargestellter Weise jedoch auch abschnittsweise seitlich neben dem Graben 31 mit dem Dielektrikum 32 angeordnet sein.
  • Die Randstruktur 20 weist außerdem eine vierte Halbleiterzone 34 des ersten Leitungstyps auf, die stärker als die erste Halbleiterzone 11 dotiert ist, die sich in lateraler Richtung an den mit dem Dielektrikum 32 gefüllten Graben 31 anschließt und die im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Diese vierte Halbleiterzone 34 schließt sich vorzugsweise unmittelbar an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 an. Eine Abmessung d1 dieser vierten Halbleiterzone 34 in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 ist vorzugsweise wesentlich kleiner als eine Tiefe d2, in welche sich der Graben 31 ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt.
  • Außerdem weist die Randstruktur 20 eine Passivierungsschicht 41 auf, die wenigstens im Bereich der Randstruktur auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers aufgebracht ist.
  • Die Randstruktur 20 ist in dem Beispiel gemäß 1 zwischen der zweiten Halbleiterzone 12 und dem vertikalen Rand 104 des Bauelements angeordnet. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Randstruktur jedoch nicht notwendigerweise in der Nähe des Randes der Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein muss, sondern dass die Randstruktur 20 vielmehr dazu dient, im "Randbereich" einer aktiven Bauelementstruktur angeordnet zu werden, um den Verlauf eines elektrischen Feldes, der von der aktiven Bauelementstruktur ausgeht, zu beeinflussen. Die aktive Bauelementstruktur wird bei dem Bauelement gemäß 1 durch die zweite Halbleiterzone 12, den sich an diese zweite Halbleiterzone anschließenden Abschnitt der ersten Halbleiterzone 11 und die weitere Halbleiterzone 13 gebildet.
  • Bezugnehmend auf 2, die einen Querschnitt durch das Bauelement gemäß 1 in der Schnittebene A-A zeigt, umgibt die Randstruktur 20 diesen aktiven Bauelementbereich in lateraler Richtung ringförmig, das heißt, der mit dem Dielektrikum 32 gefüllte Graben 31 umschließt die zweite Halbleiterzone 12 ringförmig. Der Graben 31 mit dem darin angeordneten Dilektrikum 32 erstreckt sich dabei vorzugsweise in vertikaler Richtung tiefer in den Halbleiterkörper 100 hinein als die zweite Halbleiterzone 12.
  • In nicht näher dargestellter Weise besteht die Möglichkeit in einem Halbleiterkörper mehrere aktive Bauelementbereich vorzusehen und diese aktiven Bauelementbereiche mit der dargestellten Randstruktur ringförmig zu umgeben, bzw. zwei benachbarte aktive Bauelementbereiche durch die Randstruktur zu trennen.
  • Die Passivierungsschicht 41 besteht beispielsweise aus einem dielektrischen Material, beispielsweise einem Halbleiteroxid. Dieses dielektrische Material der Passivierungsschicht 41 kann dabei das gleiche dielektrische Material sein wie das dielektrische Material, mit dem der wenigstens eine Graben 31 der Randstruktur 20 aufgefüllt ist.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als Leistungsdiode ausgebildeten Halbleiterbauelements. Das Bauelement gemäß 3 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Bauelement dadurch, dass die Randstruktur 20 mehrere, in dem Beispiel fünf, mit einem Dielektrikum 32 gefüllte Gräben 31A–31E aufweist. Die Randstruktur weist dabei eine der Anzahl der Gräben entsprechende Anzahl dritte Halbleiterzonen 33A–33E auf, die jeweils komplementär zu der ersten Halbleiterzone 11 dotiert sind, und von denen sich jeweils eine an einer der Vorderseite 101 abgewandten Seite an einen der Gräben 31A–31E anschließt. Die einzelnen Gräben 31A–31E sind jeweils in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zueinander angeordnet, wobei der gegenseitige Abstand d3 zweier unmittelbar benachbarter Gräben, beispielsweise der Gräben 31A, 31B, vorzugsweise geringer ist als die Tiefe, in die sich die Gräben 31A–31E in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken.
  • Die Randstruktur 20 ist in dem Beispiel gemäß 3 ebenfalls zwischen der aktiven Bauelementstruktur mit dem pn-Übergang und dem vertikalen Rand 104 angeordnet, wobei sich ein "innerster" dieser Gräben 31A–31E unmittelbar an die zweite Halbleiterzone 12 anschließt. Die vierte Halbleiterzone 34 erstreckt sich dabei ausgehend von diesem innersten Graben 31A bis zum Rand 104 und ist dabei nur von den weiteren Gräben 31A–31E unterbrochen.
  • Die zweite Halbleiterzone 12 weist in dem Beispiel erste und zweite Teilzonen 121, 122 auf, von denen die erste Teilzone 121 höher dotiert ist als die zweite Teilzone 122 und von de nen sich die zweite Teilzone 122 an die erste Halbleiterzone 11 anschließt. Die höher dotierte erste Teilzone 121 schließt sich unmittelbar an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 an und wird dort in nicht näher dargestellter Weise an einer Position beabstandet zu dem in 3 dargestellten Bereich durch eine Anschlusselektrode kontaktiert. Die Unterteilung des p-Emitters 12 in zwei unterschiedlich dotierte Zonen erfüllt zwei Funktionen: Zum Einen wird durch die höher dotierte Zone 121, die die Anschlusselektrode (nicht dargestellt) kontaktiert, der Kontaktwiderstand zwischen dieser Anschlusselektrode und der zweiten Halbleiterzone 12 reduziert. Zum Anderen kann der Emitterwirkungsgrad, d.h. das Verhältnis von Löcherstrom zu Elektronenstrom, durch die Dotierung der höher dotierten Zone 121 eingestellt werden. Hierdurch kann die Schaltverlustleistung des Bauelements eingestellt werden.
  • Die Funktionsweise der Randstruktur des erfindungsgemäßen Bauelements wird nachfolgend anhand des in 3 dargestellten, eine Leistungsdiodenstruktur aufweisenden Bauelements erläutert. Für diese Erläuterung wird angenommen, dass die erste Halbleiterzone 11, die die Basis der Leistungsdiode bildet, n-dotiert ist. Entsprechend ist die zweite Halbleiterzone 12, die den p-Emitter bildet, p-dotiert, und die weitere Halbleiterzone 13, die den n-Emitter des Bauelements bildet, ist n-dotiert. Bei Anlegen einer Sperrspannung an das Bauelement, d. h. bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem n-Emitter 13 und dem p-Emitter 12 bildet sich in der im Vergleich zu dem p-Emitter 12 schwach dotierten Basis 11 ausgehend von dem pn-Übergang eine Raumladungszone aus, die sich mit zunehmender Sperrspannung in Richtung des n-Emitters 13 ausbreitet. In 3 sind Äquipotentiallinien dieser Raumladungszone schematisch als gestrichelte Linien eingezeichnet. Feldlinien des mit der Raumladungszone verbundenen elektrischen Feldes verlaufen dabei (in nicht näher dargestellter Weise) jeweils senkrecht zu diesen Äquipotentiallinien. In einem nicht näher dargestellten Abschnitt dieses pn-Übergangs, der beabstandet zu der pn-Übergangs, der beabstandet zu der Randstruktur liegt, verlaufen die Äquipotentiallinien annähernd parallel zu dem pn-Übergang, der aufgrund der Geometrie der zweiten Halbleiterzone 12 wiederum parallel zu der Vorder- und der Rückseite 101, 102 des Halbleiterkörpers 100 verläuft. Die Feldlinien des elektrischen Feldes verlaufen in diesem Bereich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100.
  • Aufgabe der Randstruktur 20 ist es, in dem Bereich, der sich in lateraler Richtung an den pn-Übergang anschließt, den Verlauf des elektrischen Feldes so zu beeinflussen, dass die elektrische Feldstärke in diesem Bereich stets kleiner ist als in dem "Innenbereich", in dem die Feldlinien in vertikaler Richtung verlaufen. Hierdurch wird erreicht, dass bei Anlegen einer Sperrspannung, die oberhalb der Durchbruchspannung des Bauelements liegt, der Spannungsdurchbruch in dem flächenmäßig größeren, nicht näher dargestellten Innenbereich des Bauelements auftritt. Aufgabe der Randstruktur 20 ist es außerdem, das elektrische Feld im Bereich der Randstruktur 20 so zu beeinflussen, dass die Feldlinien, in dem Bereich, in dem das elektrische Feld aus dem Halbleiterkörper 100 austritt wenigstens annähernd parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers, in dem dargestellten Beispiel wenigstens annähernd parallel zu der Vorderseite 101, verlaufen. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Äquipotentiallinien senkrecht zur Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers verlaufen.
  • Die Randstruktur 20 bewirkt somit eine "Drehung" des elektrischen Feldes von einer vertikalen Orientierung im Bereich des pn-Übergangs beabstandet zu der Randstruktur 20 zu einer lateralen Orientierung im Austrittsbereich des elektrischen Feldes an der Vorderseite 101. Darüber hinaus sorgt die Randstruktur 20 dafür, dass die elektrische Feldstärke im Bereich der Randstruktur 20 geringer ist, als im Bereich des pn-Übergangs beabstandet zu der Randstruktur 20, was in der Darstellung gemäß 3 dadurch veranschaulicht ist, dass der Abstand der Äquipotentiallinien im Bereich der Randstruktur 20 höher ist als der Abstand der Äquipotiallinien in dem "Innenbereich".
  • Die Aufgabe der dritten Halbleiterzonen 33A–33E besteht darin, die "Drehung" des elektrischen Feldes im Randbereich zu unterstützen. Werden diese dritten Halbleiterzonen 31A bei sich ausbreitender Raumladungszone von dieser Raumladungszone erfasst, so werden sie auf einem Potential gehalten, das dem Potential der Raumladungszone an dieser Stelle entspricht und ausgehend von diesen dritten Halbleiterzonen 33A–33E breitem sich weitere Raumladungszonen in der ersten Halbleiterzone 11 aus, die den in 3 dargestellten gekrümmtem Verlauf der Äquipotentiallinien bewirken.
  • Die hochdotierte vierte Halbleiterzone 34 bewirkt, dass ionisierte Atome die an oder in der Passivierungsschicht 41 entstehen und die in 3 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen i bezeichnet sind, in dieser hochdotierten Halbleiterzone 34 eine Gegenladung finden. Diese Ionen haben dadurch keinen Einfluss auf den Verlauf des elektrischen Feldes im Bereich der Randstruktur 20. Derartige Ionen sind hauptsächlich Protonen und Alkaliionen, wie beispielsweise Natrium. Natrium ist bei Halbleiterbauelementen eine allgegenwärtige Verunreinigung, das während des Herstellprozesses eingebracht oder bei der Montage des Bauelements auf dessen Oberfläche aufgebracht wird. Natriumionen können bei Temperaturen von 100 °C im elektrischen Feld durch Oxide diffundieren. Protonen werden ebenfalls während des Herstellungsprozesses in die Passivierungsschicht eingebracht.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement, das eine Trench-MOS-Transistorstruktur und eine bereits zuvor erläuterte Randstruktur 20 aufweist. Die Randstruktur 20 umfasst in dem Beispiel drei Gräben 31A–31C, die mit einem Dielektrikum 32 aufgefüllt sind. Das Dielektrikum, mit dem die Gräben 31A–31C aufgefüllt sind, erstreckt sich oberhalb der Grabenstruktur auch über die Vor derseite 101 des Halbleiterkörpers 100 und bildet dort die Passivierungsschicht 41.
  • Die Trench-MOS-Transistorstruktur weist eine Driftzone auf, die durch die erste Halbleiterzone 11 gebildet ist. Die zweite Halbleiterzone 12, die sich in Richtung der Vorderseite 101 an die erste Halbleiterzone 11 anschließt, bildet eine Body-Zone der Transistorstruktur. An die Body-Zone 12 schließt sich in Richtung der Vorderseite 101 eine komplementär zu der Body-Zone dotierte Source-Zone 15 an, wobei die Body-Zone 12 die Source-Zone 15 und die Driftzone 11 trennt. Zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Body-Zone 12 zwischen der Source-Zone 15 und der Driftzone 11 dienen Gate-Elektroden 51, die in Gräben angeordnet sind, die sich ausgehend von der Vorderseite 101 durch die Source-Zone 15 und die Body-Zone 12 bis in die Driftzone 11 erstrecken. Die Gate-Elektroden 51 sind dabei mittels eines Gate-Dielektrikums 52 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert. Eine Source-Elektrode 55, die mittels einer Isolationsschicht bzw. Dielektrikumsschicht 52 gegenüber den Gate-Elektroden 51 isoliert ist, kontaktiert die Source-Zone 15, wobei sich die Source-Elektrode 55 abschnittsweise vorzugsweise bis in die Body-Zone 12 erstreckt, um die Source-Zone 15 und die Body-Zone 12 kurzzuschließen. Optional ist in den Bereichen, in denen die Source-Elektrode 55 die Body-Zone 12 kontaktiert, eine hochdotierte Anschlusszone 16 vom zweiten Leitungstyp, d. h. vom selben Leitungstyp wie die Body-Zone 12 vorhanden.
  • Die in 4 dargestellte Transistorstruktur ist zellenartig aufgebaut, d. h. es sind eine Vielzahl von Gate-Elektroden oder Gate-Elektroden-Abschnitten vorhanden, die in nicht näher dargestellter Weise jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden sind und die sich jeweils ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstrecken. Je eine Body-Zone 12, die in lateraler Richtung zwischen zwei benachbarten Gate-Elektroden angeordnet ist, ist dabei an die Source-Elektrode 55 angeschlossen.
  • In 4 ist lediglich ein "Randbereich" dieses Transistorzellenfeldes mit zwei Gate-Elektroden 51 dargestellt. Diese Gate-Elektroden 51 können in einer Richtung senkrecht zu der in 4 dargestellten Zeichenebene insbesondere streifenförmig verlaufend ausgebildet sein, um "Streifenzellen" des Transistorzellenfeldes zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Transistorzellen allerdings beliebige für zellenartig aufgebaute Leistungstransistoren geeignete Zellengeometrien besitzen können.
  • Die Body-Zone 12 erstreckt sich vorzugsweise von der unmittelbar benachbart zu der Randstruktur 20 angeordneten Gate-Elektrode 51 bis zu dem am nächsten zu der Transistorstruktur angeordneten mit dem Dielektrikum 32 aufgefüllten Graben 31A der Randstruktur 20. Auch der in diesem Zwischenbereich zwischen der Randstruktur 20 und der Transistorstruktur liegende Abschnitt der Body-Zone 12 ist durch die Source-Elektrode 55 kontaktiert, wobei der Kontakt vorzugsweise näher an dem Dielektrikumsgraben 31A als an der benachbart zu diesem Dielektrikumsgraben 31A liegenden Gate-Elektrode angeordnet ist. Darüber hinaus kann sich die Gate-Elektrode 51 des unmittelbar benachbart zu der Randstruktur 20 angeordneten Grabens oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 noch ein Stück in Richtung der Randstruktur 20 erstrecken.
  • Die in 4 dargestellte Transistorstruktur kann sowohl die Transistorstruktur eines MOSFET als auch die Transistorstruktur eines IGBT sein. Bei einem MOSFET schließt sich an die Driftzone 11 eine höher dotierte Halbleiterzone 13 des selben Leitungstyps wie die Driftzone 11 an und bildet die Drain-Zone dieses MOSFET. Bei einem n-MOSFET sind die Driftzone 11, die Drain-Zone 13 und die Source-Zone 15 n-dotiert und die Body-Zone 12 ist p-dotiert. Bei einem p-MOSFET sind diese Bauelementzonen entsprechend komplementär dotiert. Bei einem IGBT schließt sich an die Driftzone 11 eine komplementär zu dieser Driftzone dotierte Anschlusszone 13 an, die die Drain-Zone bzw. einen der Emitter des IGBT bildet. Üblicherweise ist bei dem IGBT die Driftzone 11 n-dotiert so dass die Source-Zone 15 ebenfalls n-dotiert ist und die Body-Zone 12 und die Anschlusszone 13 p-dotiert sind.
  • Bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Zone 13 und der Source-Zone 15 bzw. der Source-Elektrode 55 fließt bei dem dargestellten Bauelement ein Strom in vertikaler Richtung, sofern die Gate-Elektrode 51 derart angesteuert ist, dass sich ein leitender Kanal in der Body-Zone 15 entlang der Dielektrikumsschicht 52 ausbildet. Ist kein solches Ansteuerpotential für die Gate-Elektrode 51 vorhanden, so ist der pn-Übergang zwischen der Body-Zone 12 und der Driftzone 11 in Sperrrichtung gepolt, wodurch sich in einer bereits anhand von 3 erläuterten Weise eine Raumladungszone in der Driftzone 11 ausbildet. Im Sperrfall verhält sich das in 4 dargestellte Bauelement somit wie die in 3 dargestellte Diode.
  • 5 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement, das eine gegenüber dem Bauelement in 4 abgewandelte Trench-Transistorstruktur aufweist. Bei diesem Bauelement variiert der Abstand zwischen benachbarten Gräben mit darin angeordneten Gate-Elektroden. Je zwei solcher Gate-Elektroden 51A, 51B bilden ein Gate-Elektrodenpaar, deren Abstand d4 in lateraler Richtung geringer ist als ein Abstand D5 zu den Gate-Elektroden eines benachbarten Gate-Elektrodenpaares. Eine Source-Zone 15 ist bei diesem Bauelement nur in dem Bereich zwischen den Gate-Elektroden 51A, 51B eines Gate-Elektrodenpaares vorhanden, so dass sich nur in der Body-Zone 12 zwischen diesen Gate-Elektroden 51A, 51B ein leitender Kanal zwischen der Driftzone 11 und der Source-Zone 15 ausbilden kann. Die Source-Elektrode 55 kontaktiert die Body-Zone 12 dabei nur im Bereich zwischen zwei benachbarten Gate-Elektroden 51A, 51B eines Gate-Elektrodenpaares und nicht in dem breiteren Bereich zwischen zwei benachbarten Elektrodenpaaren.
  • Anhand von 6 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements erläutert, das eine Trench-Transistorstruktur und eine erfindungsgemäße Randstruktur aufweist. Wesentliche Aspekte dieses Verfahrens bestehen darin, die vierte Halbleiterzone der Randstruktur gemeinsam mit der Source-Zone der MOS-Transistorstruktur herzustellen und die Gräben der Randstruktur gemeinsam mit den Gräben für die Gate-Elektroden der Transistorstruktur herzustellen.
  • 6a zeigt den Halbleiterkörper 100 während erster Verfahrensschritte zur Herstellung des Bauelements. Bei diesen Verfahrensschritten werden Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über die Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 implantiert, um im Bereich der Vorderseite 101 eine Halbleiterzone 61 des ersten Leitungstyps zu erzeugen. Diese Halbleiterzone 61 bildet im Bereich der späteren Randstruktur die vierte Halbleiterzone dieser Randstruktur und im Bereich der späteren Transistorstruktur die Source-Zone der Transistorstruktur.
  • Für die Herstellung eines Bauelements gemäß 5, bei der im Bereich der Transistorstruktur abschnittsweise keine Source-Zone vorhanden ist, erfolgt die Implantation der Dotierstoffatome maskiert unter Verwendung einer auf die Vorderseite 101 aufgebrachten Maske 201, die die Bereiche des Halbleiterkörpers 100 überdeckt, in denen keine Source-Zone hergestellt werden soll.
  • Zur Herstellung eines Bauelements gemäß 4, dass eine Vielzahl gleichartiger Transistorzellen mit jeweils einer Source-Zone aufweist, kann auf eine solche Maske verzichtet werden.
  • Der Halbleiterkörper 100 kann durchgehend eine Grunddotierung aufweisen, die der Dotierung der ersten Halbleiterzone 11 entspricht. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einen Halbleiterkörper 100 bereitzustellen, der eine hochdotierte erste Halbleiterschicht 110, beispielsweise ein Halbleitersubstrat, und eine auf diese hochdotierte Halbleiterschicht 110 aufgebrachte schwächer dotierte Halbleiterschicht 120, beispielsweise eine Epitaxieschicht, aufweist, wie dies gestrichelt in 6a dargestellt ist. Die hochdotierte erste Halbleiterschicht 110 bildet in diesem Fall die spätere Drain-Zone des Bauelements, während die schwächer dotierte zweite Halbleiterschicht die spätere Driftzone des Bauelements bildet.
  • Für die weiteren Verfahrensschritte sei zunächst davon ausgegangen, dass der Halbleiterkörper 100 durchgehend eine der Dotierung der ersten Halbleiterzone 11 bzw. Driftzone entsprechende Grunddotierung des ersten Leitungstyps aufweist.
  • 6b zeigt den Halbleiterkörper 100 während nächster Verfahrensschritte, bei denen maskiert unter Verwendung einer zweiten Maske 202 Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps über die Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper implantiert werden, um eine Halbleiterzone 62 des zweiten Leitungstyps zu erzeugen, die die spätere Body-Zone (12 in den 4 und 5) der Transistorstruktur bildet. Die Maske 202 überdeckt dabei den Bereich der späteren Randstruktur (20 in den 4 und 5), um dort die Herstellung einer solchen Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps zu verhindern.
  • ZU den in den 6a und 6b schematisch dargestellten Implantationsverfahren sei darauf hingewiesen, dass sich an die Implantation der Dotierstoffatome ein Temperaturschritt anschließt, um die implantierten Dotierstoffatome bzw. Dotierstoffionen zu aktivieren und um die implantierten Dotierstoffatome gegebenenfalls bis zu einer gewünschten Tiefe in den Halbleiterkörper 100 einzudiffundieren.
  • 6c zeigt den Halbleiterkörper 100 nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen ausgehend von der Vorderseite 101 Gräben 31A–31C im Bereich der späteren Randstruktur und Gräben 54 im Bereich der Transistorstruktur hergestellt werden und bei denen eine Dielektrikumsschicht 63 auf die Vorderseite 101 und auf Seitenwände und auf Bodenflächen dieser Gräben 31A–31C, 54 abgeschieden wird. Diese Dielektrikumsschicht 63 bildet in den Gräben 54 der späteren Transistorstruktur das Gate-Dielektrikum. Die Dielektrikumsschicht 63 besteht beispielsweise aus einem Halbleiteroxid, das durch thermische Oxidation des Halbleiterkörpers oder durch Abscheiden eines Oxids, beispielsweise TEOS (Tetraethoxysilan), hergestellt werden.
  • Die Herstellung der Gräben erfolgt in bekannter Weise unter Verwendung eines maskierten anisotropen Ätzverfahrens. Diese Gräben 31A–31C bzw. 54 unterteilen die unterhalb der Vorderseite 101 angeordnete Halbleiterzone des ersten Leitungstyps (64 in 6b) in mehrere Halbleiterzonen, die im Bereich der Randstruktur die vierte Halbleiterzone 34 der Randstruktur und in dem Bereich der Transistorstruktur die Source-Zonen 15 bilden.
  • 6d zeigt den Halbleiterkörper 100 nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen Gate-Elektroden 51A, 51B in den Gräben 54 im Bereich der Transistorstruktur hergestellt werden. Die Herstellung dieser Gate-Elektroden erfolgt beispielsweise durch ganzflächiges Abscheiden einer Elektrodenschicht, beispielsweise hochdotiertes Polysilizium, auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers und anschließendes Strukturieren der Elektrodenschicht. Das Strukturieren der Elektrodenschicht erfolgt derart, dass die Elektrodenschicht im Bereich der Randstruktur aus den Gräben 31A–31C und von der Dielektrikumsschicht 63 oberhalb der Vorderseite entfernt wird. Im Bereich der Transistorstruktur erfolgt die Strukturierung der Elektrodenschicht derart, dass oberhalb der Vorderseite 101 Aussparungen entstehen, die im weiteren Verfahrensverlauf eine Kontaktierung der Source-Zone bzw. Body-Zone durch eine noch herzustellende Source-Elektrode ermöglichen. Die Strukturierung der Elektrodenschicht erfolgt in nicht näher dargestellter Weise durch Aufbringen einer Maske auf die Bereiche der Elektrodenschicht, die nicht entfernt werden sollen und anschließendes Durchführen eines anisotopen Ätzverfahrens, bei dem die Dielektrikumsschicht 63 als Ätzstoppschicht dient.
  • 6e zeigt den Halbleiterkörper 100 während weiterer Verfahrensschritte, bei denen Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps über die Gräben 31A–31C der Randstruktur in den Halbleiterkörper 100 implantiert werden, um dadurch in den Bereichen unterhalb dieser Gräben 31A–31C die dritten Halbleiterzonen 31A–31c des zweiten Leitungstyps zu erzeugen. Eine Maske 203 schützt während dieses Implantationsverfahrens die Bereiche des Halbleiterkörpers, in die nicht implantiert werden soll.
  • In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, die Grabenätzung zweistufig durchzuführen, indem zunächst die Gräben 31A–31C im Randbereich hergestellt werden und indem anschließend die Dotierstoffatome in die Gräben 31A–31C im Randbereich implantiert werden. Erst danach werden unter Verwendung einer weiteren Maske die Gräben 54 der Transistorstruktur hergestellt.
  • 6f zeigt den Halbleiterkörper 100 nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen nach Entfernen der Maske 203 eine weitere Dielektrikumsschicht 64 aufgebracht wird, die die Gräben 31A–31C der späteren Randstruktur auffüllt, die die Vorderseite 101 im Bereich der Randstruktur überdeckt und die darüber hinaus im Bereich der Transistorstruktur die Gate-Elektroden 51A, 51B überdeckt.
  • Diese Dielektrikumsschicht 64 bildet im Bereich der Transistorstruktur die Isolationsschicht zwischen den Gate- Elektroden 51A, 51B und der späteren Source-Elektrode und bildet im Bereich der Randstruktur das die Gräben 31A–31C auffüllende Dielektrikum und die Passivierungsschicht.
  • Das Material für die zuerst abgeschiedene Dielektrikumsschicht 63, die das Gate-Dielektrikum 52 bildet, und für die später abgeschiedene Dielektrikumsschicht 64 kann identisch sein, so dass im Bereich der Randstruktur eine durchgehende Dielektrikumsschicht entsteht, die die Gräben 51A–51C auffüllt und die die Passivierungsschicht 41 bildet. Hiervon wird im Weiteren ausgegangen wird, so dass in den nachfolgenden Figuren in den Gräben 31A–31C der Randstruktur und im Bereich oberhalb der Vorderseite 101 jeweils eine durchgehende Dielektrikumsschicht 32, 41 dargestellt ist.
  • 6g zeigt den Halbleiterkörper nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen im Bereich der Transistorstruktur Kontaktlöcher durch die Dielektrikumsschicht 64 und die Source-Zone 15 bis in die Body-Zone 12 geätzt werden.
  • Anschließend wird eine Elektrodenschicht aufgebracht und strukturiert, um die Source-Elektrode 55 des Bauelements zu bilden, was im Ergebnis in 6h dargestellt ist.
  • Bei einem Halbleiterkörper 100, der zu Beginn des Verfahrens eine einheitliche Grunddotierung besitzt, die der Dotierung der ersten Halbleiterzone 11 entspricht, sind weitere Verfahrensschritte erforderlich, um die hochdotierte Anschlusszone im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers zu erzeugen und so zu dem Bauelement gemäß 4 oder 5 zu gelangen. Diese hochdotierte Anschlusszone 13 kann beispielsweise durch Ionenimplantation über die Rückseite erfolgen, wobei der Halbleiterkörper 100 vor Implantation dieser Anschlusszone vorzugsweise ausgehend von der Rückseite gedünnt bzw. zurückgeätzt werden kann.
  • Die anhand der bisherigen Figuren erläuterte Randstruktur ist bezugnehmend auf 7 auch auf Leitungshalbleiterbauelemente anwendbar, die eine sogenannte SOI-IGBT-Struktur aufweisen. Bei diesen Bauelementen ist zwischen der Driftzone 11 und der Body-Zone abschnittsweise eine Isolationsschicht 71 bzw. Dielektrikumsschicht angeordnet, die dazu dient, den Löcherfluss aus der Driftzone 11 in die Body-Zone zu steuern bzw. zu lenken.
  • 7 zeigt eine Zelle einer solchen SOI-IGBT-Struktur. Diese Transistorzelle besitzt eine planare Struktur, d. h. eine Gate-Elektrode 51 ist oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet und durch das Gate-Dielektrikum 52 von dem Halbleiterkörper 100 getrennt. Die Body-Zone 12 reicht benachbart zu der Source-Zone 15 abschnittsweise bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100. Die Driftzone 11 reicht ebenfalls abschnittsweise bis an diese Vorderseite 101, so dass sich bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode 51 ein leitender Kanal in der Body-Zone 12 in lateraler Richtung unterhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers ausbildet. Unterhalb der Body-Zone 12 ist eine Isolationsschicht 71 vorhanden, deren Abmessungen in lateraler Richtung vorzugsweise größer sind, als die Abessungen der Body-Zone 12, wodurch erreicht wird, dass Löcher aus der Driftzone 11 nur aus lateraler Richtung in die Body-Zone 12 eintreten können. Hierdurch wird erreicht, dass die Löcherkonzentration insbesondere im Bereich des sich in der Body-Zone ausbildenden Akkumulationskanals erhöht ist, wodurch der Einschaltwiderstand verringert ist. Optional ist zwischen der Body-Zone 12 und der Isolationsschicht 71 eine höher als die Body-Zone 12 dotierte Halbleiterzone 16 des zweiten Leitungstyps vorhanden.
  • Die Source-Elektrode 55 erstreckt sich bei diesem Bauelement ausgehend von der Vorderseite 101 durch die Source-Zone 15 und die Body-Zone 12 bzw. gegebenenfalls die höher dotierte Zone 16 bis an die Isolationsschicht 71. Die Isolations schicht 71 ist beispielsweise eine sogenannte SIMOX-Schicht, die durch Sauerstoffimplantation hergestellt ist. Optional ist unterhalb dieser Isolationsschicht eine weitere Zone 17 des zweiten Leitungstyps vorhanden. Diese Schicht 17 dient grundsätzlich dazu, Minoritätsladungsträger aus der Driftzone 11 von der Isolationsschicht 71 fernzuhalten. Diese Schicht 17 ist bei einer n-dotierten Driftzone p-dotiert und dient dazu, Löcher aus der Driftzone 17 von der Isolationsschicht 71 fernzuhalten. An der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial und der Isolationsschicht 71 herrscht eine erhöhte Rekombinationsrate, so dass Löcher aus der Driftzone 11 dort rasch mit Elektronen rekombinieren würden. Dies gilt es im Hinblick auf eine gute Leitfähigkeit der Driftzone 11 zu vermeiden.
  • Das Bauelement weist in nicht näher dargestellter Weise vorzugsweise mehrere derartiger SOI-IGBT-Zellen auf, wobei in lateraler Richtung zwischen zwei solchen Zellen jeweils Halbleiterzonen 19 des zweiten Leitungstyps angeordnet sind, die vorzugsweise an kein definiertes Potential angeschlossen sind, die also floaten. Zwischen der am nächsten zu den Randstruktur 20 angeordneten SOI-IGBT-Zelle und der Randstruktur ist eine weitere Halbleiterzone 19' des zweiten Leitungstyps angeordnet, die entweder ebenfalls floatend angeordnet sein kann, oder die auf dem Potential der Souce-Elektrode 54 liegt, wie dies strichpunktiert in 7 veranschaulicht ist.
  • Bezugnehmend auf 7 sei anschließend noch darauf hingewiesen, dass die Möglichkeit besteht, wenigstens abschnittsweise um eine oder mehrere der dritten Halbleiterzonen eine Halbleiterzone 18 des ersten Leitungstyps anzuordnen, die höher dotiert ist als die erste Halbleiterzone 11 bzw. Driftzone. In dem Beispiel ist eine solche weitere Halbleiterzone 18 um die dritte Halbleiterzone 33C des am weitesten entfernt zu der Transistorstruktur angeordneten Dieleketrikumsgraben 31C angeordnet.
    • 11
    erste Halbleiterzone, Driftzone
    12
    zweite Halbleiterzone, Body-Zone
    13
    Anschlusszone, Drain-Zone
    16
    hochdotierte Anschlusszone
    16
    hochdotierte Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps
    17
    Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps
    18
    Halbleiterzone des ersten Leitungstyps
    31
    Graben
    31A–31E
    mit Dielektrikum gefüllte Gräben
    32
    Dielektrikumsschicht
    33
    dritte Halbleiterzone
    33A–33E
    dritte Halbleiterzonen
    34
    vierte Halbleiterzone
    19, 19'
    Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps
    41
    Passivierungsschicht
    51
    Gate-Elektrode
    51A, 51B
    Gate-Elektroden
    52
    Gate-Dielektrikum
    53
    Isolationsschicht, Dielektrikumsschicht
    54
    Gräben
    55
    Source-Elektrode
    61
    Halbleiterzone des ersten Leitungstyps
    62
    Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps
    64
    Isolationsschicht, Dielektrikumsschicht
    100
    Halbleiterkörper
    101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    102
    Rückseite des Halbleiterkörpers
    102
    Rückseite des Halbleiterkörpers
    104
    vertikaler Rand des Halbleiterkörpers
    121, 122
    Teilzonen der zweiten Halbleiterzone
    201–203
    Masken

Claims (14)

  1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten und zweiten Seite (101, 102), – eine erste Halbleiterzone (11) eines ersten Leitungstyps und wenigstens eine zweite Halbleiterzone (12) eines zweiten Leitungstyps, zwischen denen ein Halbleiterübergang (13) gebildet ist, der wenigstens abschnittsweise parallel zu der ersten Seite (101) verläuft, – eine in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) benachbart zu der zweiten Halbleiterzone (12) angeordnete Randstruktur (20), die wenigstens einen Graben (31; 31A–31E) aufweist, der sich ausgehend von der ersten Seite (101) in einer vertikalen Richtung in der ersten Halbleiterzone (11) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt und der mit einem dielektrischen Material (32) aufgefüllt ist, und die wenigstens eine dritte Halbleiterzone (33; 33A–33E) des zweiten Leitungstyps aufweist, die sich wenigstens abschnittsweise an eine der ersten Seite abgewandte Seite des wenigstens einen Grabens (31; 31A–31E) anschließt, – eine Passivierungsschicht (41), die im Bereich der Randstruktur (20) auf die erste Seite (101) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Randstruktur (20) im Bereich der ersten Seite (101) eine vierte Halbleiterzone (34) des ersten Leitungstyps aufweist, die höher als die erste Halbleiterzone (11) dotiert ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper einen in vertikaler Richtung zwischen der ersten und zweiten Seite (101, 102) verlaufenden Rand aufweist und bei dem die Randstruktur (20) zwischen dem pn-Übergang und dem Rand (104) angeordnet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Randstruktur (20) mehrere in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnete Gräben (31A–31E) und mehrere, sich jeweils an einen der Gräben anschließende dritte Halbleiterzonen (33A–33E) des zweiten Leitungstyps aufweist.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem ein Abstand (d3) zwischen zwei benachbarten Gräben (31A, 31B) kleiner ist als eine Tiefe (d2), in welche sich die Gräben in vertikaler Richtung erstrecken.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3 oder 4, bei dem sich die Gräben (31A–31E) wenigstens annäherungsweise gleich weit in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) hinein erstrecken.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich der wenigstens eine Graben (31; 31A) unmittelbar an die zweite Halbleiterzone (12) anschließt.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich der wenigstens eine Graben (31; 31A–31E) in vertikaler Richtung ausgehend von der ersten Seite (101) weiter in den Halbleiterkörper hinein erstreckt als die zweite Halbleiterzone (12).
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das als Diode ausgebildet ist, bei der die erste Halbleiterzone (11) eine Basis und die zweite Halbleiterzone (12) einen ersten Emitter bildet und bei der sich an die Basis (11) eine weitere Zone (13) des ersten Leitungstyps anschließt, die stärker als die Basis (11) dotiert ist und die einen zweiten Emitter bildet.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das als MOS-Transistor ausgebildet ist, bei dem die erste Halbleiterzone (11) eine Driftzone und die zweite Halbleiterzone (12) eine Body-Zone bildet und das folgende weitere Merkmale aufweist: – eine Source-Zone des ersten Leitungstyps (15), wobei die Body-Zone (12) zwischen der Source-Zone (15) und der Driftzone (11) angeordnet ist, – eine Drain-Zone (13), die sich an die Driftzone (11) anschließt und die höher als die Driftzone (11) dotiert ist, – wenigstens eine Gate-Elektrode (51), die benachbart zu der Body-Zone (12) angeordnet ist und die durch eine Gate-Dielektrikum gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isoliert ist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem die Gate-Elektrode (51) in einem Graben (54) angeordnet ist, der sich ausgehend von der ersten Seite in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, das als IGBT ausgebildet ist und bei dem die Drain-Zone (13) komplementär zu der Driftzone (11) dotiert ist.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 10, das als MOSFET ausgebildet ist und bei dem die Drain-Zone (13) vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone (11) ist.
  13. Halbleiterbauelement nach einem Ansprüche 9 bis 11, bei dem eine Isolationsschicht (71) abschnittsweise zwischen der Driftzone (11) und der Body-Zone (12) angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Gräben (31A–31E) der Randstruktur (20) und der wenigstens eine Graben (54) für die Gate-Elektrode (51) durch gemeinsame Verfahrensschritte hergestellt werden und bei dem die vierte Hableiterzone (34) der Randstruktur (20) und die Source-Zone (15) durch gemeinsame Verfahrensschritte hergestellt werden.
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