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DE102006004627B3 - Power semiconductor device with charge compensation structure and method for producing the same - Google Patents

Power semiconductor device with charge compensation structure and method for producing the same Download PDF

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DE102006004627B3
DE102006004627B3 DE102006004627A DE102006004627A DE102006004627B3 DE 102006004627 B3 DE102006004627 B3 DE 102006004627B3 DE 102006004627 A DE102006004627 A DE 102006004627A DE 102006004627 A DE102006004627 A DE 102006004627A DE 102006004627 B3 DE102006004627 B3 DE 102006004627B3
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German (de)
Inventor
Stefan Dr. Sedlmaier
Hans-Joachim Dr. Schulze
Anton Dr.-Ing. Mauder
Frank Dr. Pfirsch
Armin Dipl.-Phys. Willmeroth
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Infineon Technologies Austria AG
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit Ladungskompensationsstruktur (3) und Verfahren zur Herstellung desselben. Das Leistungshalbleiterbauelement (1, 2) weist in einem monokristallinen Halbleiterkörper (4) eine Driftstrecke (5) zwischen zwei Elektroden auf. Die Driftstrecke (5) hat Driftzonen (9) eines ersten Leitungstyps, die einen Strompfad (16) zwischen den Elektroden in der Driftstrecke (5) bereitstellen und Ladungskompensationszonen (11) eines zum ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps, die den Strompfad der Driftstrecke (5) einengen. Die Zonen der Driftstrecke (5) weisen diffusionshemmende Bereiche (23) mit diffusionshemmenden Störstellen und/oder mit diffusionshemmenden Punktdefekten für mindestens einen der Leitungstypen auf, wobei die diffusionshemmenden Bereiche (23) derart angeordnet sind, dass sie die Ladungskompensationszonen (11) in ihrer lateralen Erstreckung begrenzen.The invention relates to a power semiconductor component with a charge compensation structure (3) and a method for producing the same. The power semiconductor component (1, 2) has a drift path (5) between two electrodes in a monocrystalline semiconductor body (4). The drift path (5) has drift zones (9) of a first conductivity type, which provide a current path (16) between the electrodes in the drift path (5) and charge compensation zones (11) of a conductivity type complementary to the first conductivity type, which form the current path of the drift path (5) constrict. The zones of the drift path (5) have diffusion-inhibiting areas (23) with diffusion-inhibiting imperfections and / or with diffusion-inhibiting point defects for at least one of the conduction types, the diffusion-inhibiting areas (23) being arranged in such a way that they the charge compensation zones (11) in their lateral Limit extension.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit Ladungskompensationsstruktur und Verfahren zur Herstellung desselben. Das Leistungshalbleiterelement weist in einem monokristallinen Halbleiterkörper eine Driftstrecke zwischen zwei Elektroden auf, wie es aus der Druckschrift DE 103 40 131 bekannt ist. Die Driftstrecke hat Driftzonen eines ersten Leitungstyps, die einen Strompfad zwischen den Elektroden in der Driftstrecke bereitstellen und Ladungskompensationszonen eines zum ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps, die den Strompfad der Driftstrecke einengen.The invention relates to a power semiconductor device with charge compensation structure and method for producing the same. The power semiconductor element has a drift path between two electrodes in a monocrystalline semiconductor body, as is known from the document DE 103 40 131 is known. The drift path has drift zones of a first conductivity type which provide a current path between the electrodes in the drift path and charge compensation zones of a conductivity type complementary to the first conductivity type, which narrow the current path of the drift path.

Ein Nachteil dieses bekannten Leistungshalbleiterelements ist es, dass die Kompensationszonen säulenförmig aufgebaut sind und mit ihren komplementären Störstellen bei der Herstellung neben einer vertikalen Diffusion im Aufbau der Kompensationssäulen auch einer horizontalen Diffusion unterliegen, und damit die Driftzonen stärker einengen als es bei Unterdrückung der lateralen Diffusion möglich ist. Durch diese in gewissem Grade unkontrollierte Einengung der Driftzonen einer Driftstrecke wird eine weitere Verminderung des Einschaltwiderstands eines derartigen Leistungshalbleiterelement in Form eines sog. "CoolMOS" behindert.One Disadvantage of this known power semiconductor element is that the compensation zones are columnar are and with their complementary impurity in the manufacture in addition to a vertical diffusion in the construction of compensation columns also subject to horizontal diffusion, and thus the drift zones stronger constrict it as oppressive lateral diffusion possible is. By this to a certain extent uncontrolled narrowing of the Drift zones of a drift path will further reduce the On resistance of such a power semiconductor element hindered in the form of a so-called "CoolMOS".

Für den Leistungsschalter "CoolMOS" sowie für andere neuartige Konzepte von Leistungshalbleiterelementen besteht demnach das Problem einer unerwünschten Dotierstoffdiffusion, welche einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Leistungshalbleiterelemente entgegenwirkt, zumal das für die Kom pensationszonen eingesetzte Bor als Akzeptor nicht nur vertikal diffundiert, sondern auch lateral, so dass sich der n-leitende Strompfad im eingeschalteten Zustand des Leistungshalbleiterelements verengt, was zu einem Anstieg des Einschaltwiderstands führt.For the circuit breaker "CoolMOS" as well as for others novel concepts of power semiconductor elements therefore exists the problem of an undesirable Dopant diffusion, which an improvement of the electrical Properties of the power semiconductor elements counteracts, especially the for the Kom pensationszonen used boron as an acceptor not only vertically diffused, but also lateral, so that the n-type current path narrows in the on state of the power semiconductor element, which leads to an increase of the on-resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungshalbleiterelement mit Ladungskompensationsstruktur zu schaffen und Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, mit denen der Einschaltwiderstand derartiger Leistungshalbleiterelemente weiter als bisher vermindert werden kann.task The invention is a power semiconductor element with charge compensation structure and to provide methods of production with which the on-resistance of such power semiconductor elements on than previously can be reduced.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Is solved this task with the independent ones Claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent Claims.

Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleiterelement mit Ladungskompensationsstruktur angegeben, wobei das Leistungshalbleiterelement in einem monokristallinen Halbleiterkörper eine Driftstrecke zwischen zwei Elektroden aufweist. Die Driftstrecke hat ihrerseits Driftzonen eines ersten Leitungstyps, die einen Strompfad zwischen den Elektroden in der Driftstrecke bereitstellen, und Ladungskompensationszonen eines zum ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps, die den Strompfad der Driftstrecke einengen. Die Zonen der Driftstrecke weisen diffusionshemmende Bereiche mit diffusionshemmenden Störstellen und/oder mit diffusionshemmenden Punktdefekten für einen der Leitungstypen auf, wobei die diffusionshemmenden Bereiche derart angeordnet sind, dass sie die Ladungskompensationszonen in ihrer lateralen Erstreckung begrenzen.According to the invention is a Power semiconductor element with charge compensation structure indicated, wherein the power semiconductor element in a monocrystalline semiconductor body Has drift path between two electrodes. The drift path in turn has drift zones of a first conductivity type which has a current path between the electrodes in the drift path, and charge compensation zones a type of line complementary to the first type of line, comprising the current path of the Narrow down the drift path. The zones of the drift path have diffusion-inhibiting Areas with diffusion-inhibiting impurities and / or with diffusion-inhibiting Point defects for one of the conductivity types, wherein the diffusion-inhibiting regions are arranged so that they the charge compensation zones in limit their lateral extent.

Ein derartiges Leistungshalbleiterelement hat den Vorteil, dass durch die diffusionshemmenden Bereiche eine laterale Ausdiffusion von Störstellen aus beispielsweise Ladungskompensationszonen in Bereiche der geplanten Driftzonen nahezu unterbunden wird, so dass schlankere Kompensationszonen realisierbar sind. Dieses wiederum hat den Vorteil, dass der Einschaltwiderstand weiter vermindert werden kann.One Such power semiconductor element has the advantage that by the diffusion-inhibiting regions cause lateral outdiffusion of Impurities out For example, charge compensation zones in areas of planned Drift zones is almost suppressed, so that slimmer compensation zones feasible are. This in turn has the advantage that the on-resistance can be further reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Driftzonen und die Ladungskompensationszonen vertikal angeordnet, so dass die Driftstrecke mit beliebig großem Querschnitt zur Vergrößerung der stromführenden Driftzonen hergestellt werden kann, was ebenfalls den Einschaltwiderstand vermindert.In a preferred embodiment The invention relates to the drift zones and the charge compensation zones arranged vertically so that the drift path with arbitrarily large cross-section to enlarge the live Drift zones can be produced, which also reduces the on-resistance.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Halbleiterkörper ein hochdotiertes Substrat des ersten oder des komplementären Leitungstyps aufweist, auf dem eine schwach bis mittel dotierte Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps mit der Driftstrecke angeordnet ist. Durch die hohe Dotierung des Substrats wird weiterhin der Durchlasswiderstand eines derartigen Leistungshalbleiterelements verringert. Lediglich die Epitaxieschicht, die für die Sperrspannungsfestigkeit eine vorgegebene Dicke aufweisen muss, ist mittel- bis schwachdotiert.Farther it is provided that the semiconductor body is a highly doped substrate the first or the complementary Has conductivity type on which a weak to medium doped Epitaxial layer of the first conductivity type arranged with the drift path is. Due to the high doping of the substrate continues to the on-resistance reduced such a power semiconductor element. Only the epitaxial layer that for the reverse voltage resistance must have a predetermined thickness, is medium to weakly doped.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Halbleiterkörper auf dem hochdotierten Substrat eine nicht strukturierte, schwachdotierte Sockelepitaxieschicht des ersten Leitungstyps auf, die frei von Ladungskompensationszonen ist. Diese Sockelepitaxieschicht verbessert das Sperrverhalten eines derartigen Leistungshalbleiterelements.In a further preferred embodiment the invention, the semiconductor body on the highly doped Substrate a non-structured, weakly doped base epitaxial layer of the first conductivity type, which is free of charge compensation zones is. This base epitaxial layer improves the blocking behavior of a such power semiconductor element.

Je nachdem, ob eine Sockelepitaxieschicht für das Leistungshalbleiterelement vorgesehen ist oder nicht, erstrecken sich die Ladungskompensationszonen in ihrer Tiefe von einer Oberseite des Halbleiterkörpers bis zu einer Oberseite des Substrats bzw. bis zu einer Oberseite der nicht strukturierten Sockelepitaxieschicht. Die diffusionshemmenden Bereiche, die zwischen den Kompensationszonen im Bereich der Driftzonen angeordnet sind, weisen eine Dicke d im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 1 × 104 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm auf. Eine Dicke von 10 nm reicht bereits aus, die Ausdiffusion von Störstellen der Ladungskompensationszonen bei der Herstellung in die Driftzonen zu beeinträchtigen.Depending on whether or not a base epitaxial layer is provided for the power semiconductor element, the charge compensation zones extend in their depth from an upper side of the semiconductor body to an upper side of the substrate or up to a top of the unstructured base epitaxial layer. The diffusion-inhibiting regions, which are arranged between the compensation zones in the region of the drift zones, have a thickness d in the range of 10 nm ≦ d ≦ 1 × 10 4 nm, preferably in the range of 10 nm ≦ d ≦ 300 nm and in particular in the region of 10 nm ≤ d ≤ 150 nm. A thickness of 10 nm is already sufficient to impair the outdiffusion of impurities of the charge compensation zones during production in the drift zones.

Um wirksam eine Diffusion zu behindern bzw. zu hemmen, weisen die diffusionshemmenden Bereiche z. B. Germanium-, Kohlenstoff- und/oder Fluoratome als Störstellen auf Substitutionsgitterplätzen des monokristallinen Halbleiterkörpers auf. Insbesondere weisen die diffusionshemmenden Bereiche eine monokristalline Schicht mit der Zusammensetzung SixGey und/oder SixGeyCz auf, wobei x > y und x > z ist. Vorzugsweise haben die diffusionshemmenden Bereiche eine Zusammensetzung von etwa 0 ≤ y ≤ 0,40 und etwa 0 ≤ z ≤ 0,25.To effectively hinder or inhibit diffusion, the diffusion-inhibiting regions have z. B. germanium, carbon and / or fluorine atoms as impurities on substitution grid sites of the monocrystalline semiconductor body. In particular, the diffusion-inhibiting regions have a monocrystalline layer having the composition Si x Ge y and / or Si x Ge y C z , where x> y and x> z. Preferably, the diffusion-inhibiting regions have a composition of about 0 ≦ y ≦ 0.40 and about 0 ≦ z ≦ 0.25.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die diffusionshemmenden Bereiche eine erhöhte Konzentration an Gitterleerstellen in dem Halbleitermaterial als Punktdefekte auf. Derartige erhöhte Konzentrationen an Gitterleerstellen können z. B. durch Implantation von Protonen oder Argonionen erzeugt werden. Auch ist es möglich, verstärkt diffusionsfördernde Bereiche mittels interstitiell angeordneter Halbleiteratome als Punktdefekte vorzusehen. In terstitiell angeordnete Halbleiteratome stellen Punktdefekte dar, die das Siliziumgitter verzerren und damit die Diffusionskoeffizienten der Störstellenatome im Siliziumgitter beeinflussen.In a further preferred embodiment According to the invention, the diffusion-inhibiting regions have an increased concentration at lattice vacancies in the semiconductor material as point defects. Such increased Concentrations of lattice vacancies can, for. B. by implantation generated by protons or argon ions. It is also possible, more diffusion-promoting Regions by means of interstitially arranged semiconductor atoms as Provide point defects. In terstitiell arranged semiconductor atoms represent point defects that distort the silicon lattice and thus the diffusion coefficients of the impurity atoms in the silicon lattice influence.

Die diffusionshemmenden Bereiche können einerseits eine Diffusion von Akzeptorionen aus p-leitenden Zonen hemmen und andererseits die Diffusion von Donatorionen aus n-leitenden Zonen hemmen. Ob der eine Mechanismus oder der andere Mechanismus überwiegt, hängt einerseits von der Größe und der Beschaffenheit der Fremdatome ab, die eine Diffusionshemmung bewirken. Außerdem hängt es von der Art der Gitterverzerrung, die entweder durch Fremdatome und/oder durch Punktdefekte ausgelöst werden kann, ab. In jedem Fall ist es möglich, diffusionshemmende und/oder diffusionsfördernde Bereiche z. B. durch Ionenimplantation und zwar vorzugsweise in Verbindung mit nachfolgenden Hochtemperaturschritten oder durch epitaktisches Wachstum zu schaffen, die eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Leistungshalbleiterelementen ermöglichen.The diffusion-inhibiting areas can on the one hand inhibit diffusion of acceptor ions from p-type regions and on the other hand, the diffusion of donor ions from n-type zones inhibit. Whether one mechanism or the other mechanism outweighs depends on the one hand of the size and the Condition of the foreign atoms, which cause a diffusion inhibition. Furthermore it depends on the type of lattice distortion, either by foreign atoms and / or can be triggered by point defects. In each Case it is possible diffusion-inhibiting and / or diffusion-promoting areas z. B. by Ion implantation, preferably in conjunction with subsequent high-temperature steps or through epitaxial growth to create an improvement the electrical properties of power semiconductor elements enable.

Im Prozess des heute produzierten "CoolMOS" werden zunächst einzelne p-leitende Inseln, auch "p-Bubbles" genannt, zwischen Epitaxieschichten erzeugt, die in nachfolgenden Diffusionsprozessen in vertikaler Richtung diffundieren, um daraus entsprechende p-leitende Säulen als Ladungskompensationszonen zu erzeugen. Bei derartigen Prozessen kann der Nachteil, dass das Bor, welches als Akzeptor im Siliziumgitter eingebaut wird, nicht nur vertikal diffundiert, sondern auch lateral, dadurch verhindert werden, dass in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die diffusionshemmenden Bereiche lateral bzw. orthogonal zum Strompfad in den Driftzonen angeordnet werden. Das hat den Vorteil, dass eine Verbesserung des Einschaltwiderstands gegenüber heutigen Technologien durch schmalere und schlankere p-leitende Zonen möglich wird. Eine Skalierbarkeit der Leistungshalbleiterelemente ist ferner in vorteilhafter Weise mit dem vorhandenen Equipment gegeben. Außerdem ergeben sich Kostenvorteile bezüglich der heutigen Technologien.in the Process of "CoolMOS" produced today will be individual first p-type islands, also called "p-bubbles", between Epitaxial layers generated in subsequent diffusion processes diffuse in the vertical direction to corresponding p-type columns as charge compensation zones. In such processes may have the disadvantage that the boron, which acts as an acceptor in the silicon lattice is incorporated, not only diffused vertically, but also laterally, be prevented by that in a preferred embodiment invention, the diffusion-inhibiting regions laterally or orthogonally be arranged to the current path in the drift zones. This has the advantage that an improvement of the on-resistance to today's technologies narrower and slimmer p-type zones is possible. A scalability the power semiconductor elements is also advantageously given with the existing equipment. In addition, there are cost advantages in terms of of today's technologies.

Eine derartige Ausführungsform der Erfindung weist Ladungskompensationszonen in Epitaxieschichten auf, die aus schichtweise strukturierten und eingebrachten, insbesondere implantierten und diffundierten Säulen des komplementären Leitungstyps bestehen. Diese Ladungskompensationszonen sind von Driftzonen umgeben, in denen epitaxieschichtweise Fremdstoffatome oder Punktdefekte angeordnet sind. Diese bilden eine diffusionshemmende laterale Schicht in den Diffusionszonen und behindern eine laterale Ausbreitung der Ladungskompensationszonen in den Epitaxieschichten und damit eine Verbreiterung der Säulen der Ladungskompensationszonen.A such embodiment The invention has charge compensation zones in epitaxial layers made up of layered structured and incorporated, in particular implanted and diffused columns of the complementary conductivity type consist. These charge compensation zones are surrounded by drift zones, in which epitaxial layerwise impurity atoms or point defects are arranged are. These form a diffusion-inhibiting lateral layer in the Diffusion zones and hinder a lateral spread of the charge compensation zones in the epitaxial layers and thus a broadening of the columns of the Charge compensation zones.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können in den sich vertikal erstreckenden Driftzonen hochdotierte und schwachdotierte horizontale Bereiche aufeinander abwechselnd gestapelt sein, wobei die hochdotierten Bereiche in gleicher vertikaler Lage angeordnet sind wie hochdotierte Bereiche in benachbarten Ladungskompensationszonen. Dieses wird durch Abscheidung von undotierten Epitaxieschichten erreicht, in welche die n-Dotierung durch eine nachfolgende Implantation eingebracht wird. Die p- und die n-Implantation liegen somit auf gleicher Höhe in den jeweiligen Epitaxieschichten, was zwar nicht zu einer geringeren Ausdiffusion des p-Dotierstoffs führt, jedoch dringt der pn-Übergang aufgrund des höheren n-Dotierstoffniveaus in gleicher Höhe wie des höheren p-Dotierstoffniveaus weniger weit in das n-lei tende Gebiet der Driftzone ein. Das bedeutet, dass die p-leitende Säule der Ladungskompensationszonen schlanker bleibt als bei Verwendung von homogen dotierten n-leitenden Epitaxieschichten.In a further preferred embodiment of the invention in the vertically extending drift zones highly doped and weakly doped horizontal areas are stacked on each other alternately, taking the highly doped areas arranged in the same vertical position are like heavily doped areas in adjacent charge compensation zones. This is done by deposition of undoped epitaxial layers reached, in which the n-doping by a subsequent implantation is introduced. The p- and the n-implantation are thus on same height in the respective epitaxial layers, which does not lead to a lower outdiffusion of the p-type dopant leads, however, the pn junction penetrates because of the higher n-dopant levels at the same level as the higher p-type dopant level less far into the n-conducting area of the drift zone. That means, that the p-type pillar of the Charge compensation zones remains slimmer than when using homogeneously doped n-type epitaxial layers.

Eine weitere Verbesserung der "CoolMOS"-Struktur ist dadurch zu erreichen, dass ein Leistungshalbleiterelement geschaffen wird, bei dem die diffusionshemmenden Bereiche vertikal und damit parallel zur Strompfadrichtung eingebracht werden, indem Wände einer Grabenstruktur mit entsprechenden diffusionshemmenden Bereichen belegt werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise auf die Grabenwände eine diffusionshemmende monokristalline Epitaxieschicht von einer Dicke d im Bereich zwischen 10 nm ≤ d ≤ 1 × 103 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm aus germaniumhaltigem Silizium aufgewachsen werden. Das germaniumhaltige Silizium weist insbesondere eine Zusammensetzung SixGey mit x > y und x ≤ 0,90 sowie y ≤ 0,40 auf.A further improvement of the "CoolMOS" structure can be achieved in that a power semiconductor element is provided in which the diffusion-inhibiting areas are vertical and there be introduced parallel to the current path direction by walls of a trench structure are covered with corresponding diffusion-inhibiting areas. In this case, advantageously, a diffusion-inhibiting monocrystalline epitaxial layer with a thickness d in the range between 10 nm ≦ d ≦ 1 × 10 3 nm, preferably in the range of 10 nm ≦ d ≦ 300 nm and in particular in the range of 10 nm ≦ d may be applied to the trench walls ≤ 150 nm grown from germanium-containing silicon. In particular, the germanium-containing silicon has a composition Si x Ge y with x> y and x ≦ 0.90 and y ≦ 0.40.

Dazu können die Driftzonen monokristallin auf einem hochdotierten monokristallinen Substrat in einer Grabenstruktur gewachsenes Halbleitermaterial aufweisen oder die Ladungskompensationszonen können monokristallin auf dem hochdotierten monokristallinen Substrat in einer Grabenstruktur gewachsenes Halbleitermaterial aufweisen. In beiden Fällen würden die mit einer germaniumhaltigen Siliziumepitaxieschicht belegten Grabenwände die Diffusion von Störstellen aus den Kompensationszonen in die Diffusionszonen und damit eine laterale Ausbreitung der Kompensationszonen behindern. Werden nicht nur die Grabenwände mit einer entsprechenden germaniumhaltigen Siliziumschicht belegt, sondern auch der Grabenboden, so ergeben sich diffusionshemmende Bereiche, die im Querschnitt eine U-Form aufweisen.To can the drift zones monocrystalline on a highly doped monocrystalline Substrate grown in a trench structure semiconductor material or the charge compensation zones may be monocrystalline on the highly doped monocrystalline substrate in a trench structure Have grown semiconductor material. In both cases, the with a germanium containing silicon epitaxial layer occupied trench walls the Diffusion of impurities from the compensation zones into the diffusion zones and thus one hinder lateral spread of the compensation zones. Will not only the moat walls coated with a corresponding germanium-containing silicon layer, but also the trench bottom, this results in diffusion-inhibiting Areas that have a U-shape in cross section.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Driftzonen in der Grabenstruktur mehrere im Querschnitt U-förmige diffusionshemmende Bereiche auf, die ineinander gestapelt sind, wobei zwischen den diffusionshemmenden Bereichen monokristallines Material des ersten Leitungstyps angeordnet ist. Mit dieser Konstruktion kann sowohl das Avalanche-Verhalten als auch das Latch-up-Verhalten der Leistungshalbleiterelemente verbessert werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass mehrere diffusionshemmende Bereiche vertikal und parallel zum Strompfad in den Driftzonen angeordnet sind, zwischen denen jeweils Streifen von monokristallinem Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps vorgesehen werden.In a further preferred embodiment According to the invention, the drift zones in the trench structure have several in cross-section U-shaped diffusion-inhibiting regions which are stacked in one another, wherein between the diffusion-inhibiting regions monocrystalline Material of the first conductivity type is arranged. With this construction can both the avalanche behavior and the latch-up behavior of the Power semiconductor elements are improved. Finally exists also the possibility that several diffusion - inhibiting areas vertically and parallel to the Rung paths are arranged in the drift zones, between each of which strips of monocrystalline semiconductor material of the first conductivity type be provided.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Driftzone aus mehreren abwechselnd angeordneten Bereichen aus Silizium des ersten Leitungstyps und diffusionshemmenden Bereichen.In a further preferred embodiment According to the invention, the drift zone consists of several alternately arranged ones Regions of silicon of the first conductivity type and diffusion-inhibiting Areas.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ladungskompensationszonen und die Driftzonen streifenförmig nebeneinander zwischen den Elektroden angeordnet, wobei jeweils eine streifenförmige Driftzone von zwei streifenförmigen Ladungskompensationszonen in Strompfadrichtung in ihrer Breite quer zum Strompfad begrenzt sind. Dieses streifenförmige Muster mit dazwischen angeordneten diffusionshemmenden Bereichen hat den Vorteil, dass auf eine konventionelle Säulenform der Kompensationszonen vollständig verzichtet werden kann.In a further preferred embodiment The invention relates to charge compensation zones and drift zones in strips arranged side by side between the electrodes, wherein in each case a strip-shaped Drift zone of two strip-shaped Charge compensation zones in the direction of the current path across their width are limited to the current path. This striped pattern with in between arranged diffusion-inhibiting areas has the advantage that on a conventional pillar shape the compensation zones completely omitted can be.

Ein Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleiterelementen mit horizontal angeordneten diffusionshemmenden Bereichen in mehreren Epitaxieschichten auf einem hochdotierten Substrat weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein hochdotierter Halbleiterwafer eines ersten oder eines komplementären Leitungstyps mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Leistungshalbleiterbauteilpositionen als Substrat eines Halbleiterkörpers bereitgestellt.One Method for producing power semiconductor elements with horizontal arranged diffusion-inhibiting areas in multiple epitaxial layers on a highly doped substrate has the following process steps on. First, will a heavily doped semiconductor wafer of a first or a complementary conductivity type with a plurality of power semiconductor device locations arranged in rows and columns as a substrate of a semiconductor body provided.

Auf diesem Substrat bzw. Halbleiterwafer wird eine Epitaxieschicht monokristallin aufgewachsen, welche die Dotierung der Driftzonen aufweist. Danach wird eine diffusionshemmende Schicht hergestellt, indem diffusionshemmende Fremdatome und/oder Punktdefekte, wie Gitterleerstellen in die Epitaxieschicht, vorzugsweise durch Ionenimplantation von Fremdatomen wie z. B. Protonen oder Argonionen eingebracht werden. Auf dieser Epitaxieschicht mit diffusionshemmender Schicht wird eine fotolithographische Schicht unter Freilassen von Flächen für Ladungskompensationszonen aufgebracht. Die diffusionshemmende Schicht wird im Bereich der freigelassenen Flächen vorzugsweise durch Ätzen oder Laserabtrag entfernt. Anschließend werden Störstellen des komplementären Leitungstyps in die Epitaxieschicht im Bereich der freigelassenen Flächen eingebracht. Auch dafür wird vorzugsweise die Ionenimplantation eingesetzt.On In this substrate or semiconductor wafer, an epitaxial layer becomes monocrystalline grown up, which has the doping of the drift zones. After that a diffusion-inhibiting layer is produced by diffusion-inhibiting Impurities and / or point defects, such as vacancies in the epitaxial layer, preferably by ion implantation of foreign atoms such. B. protons or argon ions are introduced. On this epitaxial layer with diffusion-inhibiting layer becomes a photolithographic layer under release of surfaces for charge compensation zones applied. The diffusion-inhibiting layer is in the range of released surfaces preferably by etching or laser ablation removed. Subsequently, impurities are of the complementary Type of conductivity in the epitaxial layer in the area of the released surfaces brought in. Also for that Preferably, the ion implantation is used.

Danach kann die fotolithographische Schicht entfernt werden, was vorzugsweise durch Ablösen der fotolithographischen Schicht oder durch Veraschen der fotolithographischen Schicht durchgeführt wird. Diese Schritte werden nun mehrfach wiederholt, bis ein für die Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterbauelements ausreichende Dicke einer vertikalen Drift strecke erreicht ist. Danach wird der Halbleiterwafer auf eine Diffusionstemperatur aufgeheizt, wobei sich säulenförmige, durch diffusionshemmende Bereiche lateral begrenzte Ladungskompensationszonen in der aus Epitaxieschichten aufgebauten Driftstrecke in den Leistungs-Halbleiterbauteilpositionen des Halbleiterwafers ausbilden.After that For example, the photolithographic layer can be removed, which is preferable by detaching the photolithographic layer or by ashing the photolithographic Layer is performed. These steps are now repeated several times until one for the dielectric strength the power semiconductor device sufficient thickness of a vertical Drift distance is reached. Thereafter, the semiconductor wafer is placed on a Diffusion temperature heated, being columnar, by diffusion-inhibiting Areas laterally limited charge compensation zones in the out Epitaxial layers constructed drift path in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es Leistungshalbleiterelemente liefert, bei denen der Einschaltwiderstand weiter reduziert ist. Außerdem hat das Verfahren den Vorteil, dass eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen parallel auf einem Halbleiterwafer in entsprechenden Leistungshalbleiterelementpositionen hergestellt werden kann. Bei diesem Verfahren ist jedoch Voraussetzung, dass die Epitaxieschicht bereits die mittelhohe Dotierung der Driftzonen aufweist.This method has the advantage that it provides power semiconductor elements in which the on-resistance is further reduced. In addition, the method has the advantage that a plurality of power semiconductor elements can be produced in parallel on a semiconductor wafer in corresponding power semiconductor element positions. at However, this method requires that the epitaxial layer already has the medium-high doping of the drift zones.

Wird jedoch mit undotiertem Aufwachsen von Epitaxieschichten gearbeitet, so ergibt sich ein von diesem Verfahren etwas differenziertes Durchführungsbeispiel. Dabei wird zunächst wieder ein Halbleiterwafer als Substrat mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneter Leistungshalbleiterelementpositionen zur Verfügung gestellt. Auf diesem Halbleiterwafer wird eine monokristalline Epitaxieschicht aufgewachsen. In diesem Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird dabei kein Dotierstoff zugegeben. Die erste Epitaxieschicht (Sockelepitaxie) kann auch als niedrigdotierte Schicht des ersten Leitungstyps ausgeführt werden. In diese Epitaxieschicht werden anschließend vorzugsweise durch Ionenimplantation diffusionshemmende Fremdatome und/oder Punktdefekte, wie Gitterleerstellen mittels Protonenimplantation oder Argonimplantation eingebracht. Danach wird auf die Epitaxieschicht eine fotolithographische Schicht unter Freilassen von Flächen für Ladungskompensationszonen aufgebracht und strukturiert.Becomes but worked with undoped growth of epitaxial layers, this results in a somewhat differentiated implementation example from this method. It will be first again a semiconductor wafer as a substrate with a variety of in lines and columns of arranged power semiconductor element positions for disposal posed. On this semiconductor wafer becomes a monocrystalline epitaxial layer grew up. In this implementation example The method is thereby added no dopant. The first Epitaxial layer (pedestal epitaxy) may also be considered low-doped layer of the first conductivity type become. In this epitaxial layer are then preferably by ion implantation Diffusion-inhibiting impurities and / or point defects, such as vacancy introduced by proton implantation or argon implantation. Thereafter, a photolithographic layer is applied to the epitaxial layer leaving open areas for charge compensation zones applied and structured.

In den freigelassenen Flächen wird die Schicht mit diffusionshemmenden Fremdatomen und/oder Punktdefekten entfernt und danach werden Störstellen des komplementären Leitungstyps in die Epitaxieschicht im Bereich der freigelegten Flächen eingebracht. Nun kann die fotolithographische Schicht entfernt werden und auf dem gesamten Halbleiterwafer werden nun Störstellen zur Driftzonendotierung der Epitaxieschichten ohne Dotierstoffzugabe durch Ionenimplantation eingebracht. Die Driftzonendotierung kann auch bereits vor dem Aufbringen der fotolithographischen Schicht oder bereits vor dem Aufbringen der diffusionshemmenden Fremdatome und/oder Punktdefekte erzeugt werden. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine für die Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterelements ausreichende Dicke D einer vertikalen Driftstrecke erreicht ist. Nun kann, wie in der ersten Variante des Verfahrens, der Halbleiterwafer auf eine Diffusionstemperatur aufgeheizt werden, um eine säulenförmige, durch diffusionshemmende Bereiche lateral begrenzte Ladungskompensationszone in der aus Epitaxieschichten aufgebauten Driftstrecke auszubilden, wobei gleichzeitig das Dotieren der Driftzonen in den Leistungshalbleiterbauelementpositionen des Halbleiterwafers erfolgt. In diesem differenzierten Durchführungsbeispiel darf der diffusionshemmende Effekt hauptsächlich auf den Dotierstoff der Ladungskompensationszonen wirken, während der Dotierstoff der Driftzone in seiner vertikalen Ausdiffusion relativ geringfügig gestört werden darf.In the released areas becomes the layer with diffusion-inhibiting impurities and / or point defects removed and then become impurities of the complementary Conduction type in the epitaxial layer in the area of exposed Introduced surfaces. Now the photolithographic layer can be removed and opened The entire semiconductor wafer will now be impurities for drift zone doping the epitaxial layers without dopant addition by ion implantation brought in. Drift zone doping can also be done before application the photolithographic layer or even before application the diffusion-inhibiting impurities and / or point defects produced become. These steps are repeated until one for the dielectric strength of the power semiconductor element sufficient thickness D of a vertical Drift distance is reached. Well, as in the first variant of the process, the semiconductor wafer to a diffusion temperature be heated to a columnar, through diffusion-inhibiting areas laterally limited charge compensation zone in the drift path built up from epitaxial layers, wherein simultaneously doping the drift zones in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer takes place. In this differentiated implementation example the diffusion-inhibiting effect may mainly affect the dopant the charge compensation zones act while the dopant of the drift zone in its vertical outdiffusion may be disturbed relatively slightly.

Sind derartige Halbleiterwafer hergestellt, so werden mit den folgenden zusätzlichen Schritten aus den Halbleiterwafern einzelne Leistungshalbleiterelemente hergestellt, indem nun Oberflächenseitenstrukturen und Rückseitenstrukturen in und/oder auf dem Halbleiterwafer zur Fertigstellung der Leis tungshalbleiterelemente in den Leistungshalbleiterelementpositionen des Halbleiterwafers verwirklicht werden, und anschließend der Halbleiterwafer in mehrere Leistungshalbleiterelemente aufgetrennt wird.are such semiconductor wafers are made, with the following additional Steps from the semiconductor wafers individual power semiconductor elements made by now surface side structures and backside structures in and / or on the semiconductor wafer for completion of the power semiconductor elements in the power semiconductor element positions of the semiconductor wafer be realized, and then the semiconductor wafer in several Power semiconductor elements is separated.

Die zweite Variante dieses Verfahrens unterstützt die Begrenzung der Ladungskompensationszonen gegenüber den Driftzonen durch das Herstellen von hochdotierten Bereichen sowohl in den Ladungskompensationszonen als auch in den benachbarten Driftzonen auf gleichen Epitaxieschichthöhen, so dass die Wirkung der diffusionshemmenden Schichten durch diese Maßnahme weiter gestützt wird.The The second variant of this method supports the limitation of the charge compensation zones across from the drift zones by producing highly doped areas both in the charge compensation zones and in the adjacent ones Drift zones on the same epitaxial layer heights, so that the effect of diffusion-inhibiting layers is further supported by this measure.

Ist für ein Leistungshalbleiterelement eine Sockelepitaxieschicht vorgesehen, so kann diese vor dem Aufwachsen einer mitteldotierten Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps auf dem Halbleiterwafer durch Aufwachsen einer schwachdotierten Sockelepitaxieschicht des ersten Leitungstyps hergestellt werden. Bei der Herstellung einer diffusionshemmenden Schicht werden als diffusionshemmende Fremdatome vorzugsweise Germaniumionen und/oder Kohlenstoffionen und/oder Fluorionen mittels Ionenimplantation in sämtliche oder einzelne Epitaxieschichten eingebracht. Die Wirkung der diffusionshemmenden Schicht kann dadurch verstärkt werden, dass die diffusionshemmenden Fremdatome mittels einer mehrstufigen Ionenimplantation mit unterschiedlicher Ionenimplantationsenergie in die einzelnen Epitaxieschichten eingebracht werden. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die diffusionshemmenden Fremdatome einen geringen Diffusionskoeffizienten aufweisen.is for a Power semiconductor element provided a base epitaxial layer, so this may be before the growth of a middle-doped epitaxial layer of the first conductivity type on the semiconductor wafer by growth a lightly doped pedestal epitaxial layer of the first conductivity type getting produced. In the production of a diffusion-inhibiting Layer are as diffusion-inhibiting foreign atoms, preferably germanium ions and / or Carbon ions and / or fluorine ions by ion implantation in all or introduced individual epitaxial layers. The effect of diffusion-inhibiting Layer can be reinforced be that the diffusion-inhibiting impurities by means of a multi-stage Ion implantation with different ion implantation energy be introduced into the individual epitaxial layers. This is especially advantageous if the diffusion-inhibiting impurities have a low diffusion coefficient.

Vorzugsweise wird zum Einbringen von diffusionshemmenden Punktdefekten, wie Gitterleerstellen, eine Implantation mit Argonionen und/oder mit Protonen durchgeführt.Preferably is used for introducing diffusion-inhibiting point defects, such as lattice vacancies, an implantation with argon ions and / or carried out with protons.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleiterelementen geschaffen, bei dem vertikale diffusionshemmende Bereiche zwischen den Driftzonen und den Ladungskompensationszonen bereitgestellt werden. Dazu weist das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird wieder ein hochdotierter Halbleiterwafer eines ersten oder eines komplementären Leitungstyps mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Leistungshalbleiterbauelementpositionen als Substrat eines Halbleiterkörpers bereitgestellt.In Another aspect of the invention is a method of manufacture of power semiconductor elements, in which vertical diffusion-inhibiting Areas between the drift zones and the charge compensation zones to be provided. For this purpose, the method has the following Procedural steps on. First is again a heavily doped semiconductor wafer of a first or a complementary one Line type with a large number of rows and columns Power semiconductor device positions provided as a substrate of a semiconductor body.

Danach wird eine Epitaxieschicht, deren Dicke D der geforderten Spannungsfestigkeit der Driftstrecke entspricht, auf dem Halbleiterwafer mit einem ersten oder einem komplementären Leitungstyp als Ausgangsmaterial für die Driftstrecke aufgebracht. Danach wird eine Grabenstruktur mit nahezu vertikalen Grabenwänden und einem Grabenboden in die Epitaxieschicht in den jeweiligen Leistungshalbleiterbauelementpositionen eingebracht. Danach wird ein diffusionshemmender Bereich aus einer germaniumhaltigen monokristallinen Siliziumschicht auf dem Halbleiterwafer abgeschieden, die auch dotiert, insbesondere vom ersten Leitungstyp, sein kann.Thereafter, an epitaxial layer whose Di corresponds to the required dielectric strength of the drift path, applied to the semiconductor wafer with a first or a complementary conductivity type as the starting material for the drift path. Thereafter, a trench structure having nearly vertical trench walls and a trench bottom is introduced into the epitaxial layer in the respective power semiconductor device positions. Thereafter, a diffusion-inhibiting region of a germanium-containing monocrystalline silicon layer is deposited on the semiconductor wafer, which can also be doped, in particular of the first conductivity type.

Damit entstehen sowohl auf den Mesen als auch auf den Grabenwänden sowie auf dem Grabenboden der Grabenstruktur entsprechende diffusionshemmende Bereiche. Danach wird durch anisotropes Freiätzen der Grabenboden der Grabenstruktur und die Oberseiten der Mesen aus Epitaxiematerial von der germaniumhaltigen Siliziumschicht befreit. Zum anisotropen Freiätzen des Bodenbereichs der Grabenstruktur und/oder der Oberseite von Mesen wird ein Trockenätzverfahren, wie es auch für das Einbringen der Grabenstruktur gemäß den obigen Ausführungen eingesetzt wird, verwendet. Nun kann ein Aufwachsen einer komplementär zu den Mesen dotierten Epitaxieschicht unter Auffüllen der Grabenstruktur erfolgen. Dabei ergibt sich ein vertikaler diffusionshemmender Bereich an den Grabenwänden, welcher eine Diffusion derart behindert, dass die Dimensionen der geplanten Kompensationszonen sich kaum verändern. Durch das Auffüllen der Grabenstruktur mit einer dotierten Epitaxieschicht wird die Oberseite des Halbleiterwafers äußerst uneben, da auch auf den Mesen eine derartige Epitaxieschicht abgeschieden wird.In order to arise both on the mesen as well as on the moat walls as well on the trench bottom of the trench structure corresponding diffusion-inhibiting Areas. Thereafter, by anisotropic free etching of the trench bottom of the trench structure and the tops of the mesen from epitaxial material of the germanium-containing Silicon layer freed. For anisotropic free etching of the bottom area of the Trench structure and / or top of mesen becomes a dry etching process, as well as for the introduction of the trench structure used in accordance with the above is used. Now, one can grow up to be complementary to the one Mesen doped epitaxial layer done filling the trench structure. This results in a vertical diffusion-inhibiting area the trench walls, which Diffusion hindered so that the dimensions of the planned Compensation zones hardly change. By filling up the trench structure with a doped epitaxial layer becomes the top the semiconductor wafer is extremely uneven, as deposited on the mesen such epitaxial layer becomes.

Deshalb erfolgt vorzugsweise ein Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers bis zu der Driftstrecke aus Drift- und Ladungskompensationszonen zu einem Halbleiterkörper mit eingeebneter Oberseite und ebener Rückseite. Nun kann dieser Halbleiterkörper durch Herstellen von Oberseitenstrukturen und Rückseitenstrukturen in und/oder auf dem Halbleiterkörper zur Fertigstellung der Leistungshalbleiterelemente in den Leistungshalbleiterbauelementpositionen des Halbleiterwafers fertiggestellt werden. Schließlich wird der Halbleiterwafer in einzelne Leistungshalbleiterbauelemente aufgetrennt.Therefore Preferably, a leveling of the top of the semiconductor wafer up to the drift distance from drift and charge compensation zones a semiconductor body with leveled top and flat back. Now this semiconductor body can go through Producing top structures and back structures in and / or on the semiconductor body for completing the power semiconductor elements in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer to be completed. Finally will the semiconductor wafer separated into individual power semiconductor components.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine Vielzahl von Epitaxieschichten aufeinander zu strukturieren sind, was einen erheblichen mehrfachen fotolithographischen Aufwand bedeutet, der hier durch die Grabenstruktur vermieden wird. Anstelle einer monokristallinen Abscheidung von diffusionshemmenden Bereichen aus germaniumhaltigem Silizium auf den Grabenwänden, können diffusionshemmende Bereiche auch durch Einbringen, vorzugsweise durch Ionenimplantation von Germanium, Kohlenstoff oder Fluor in die Grabenwände erreicht werden. Auch bei diesem Verfahren kann vor dem Aufwachsen einer Epitaxie schicht auf dem Halbleiterwafer eine schwachdotierte Sockelepitaxieschicht des ersten Leitungstyps hergestellt werden.This Method has the advantage that no variety of epitaxial layers to structure each other, which is a considerable multiple Photolithographic effort means here through the trench structure is avoided. Instead of a monocrystalline deposition of diffusion-inhibiting areas of germanium-containing silicon the trench walls, can diffusion-inhibiting areas by introduction, preferably by Ion implantation of germanium, carbon or fluorine reached into the trench walls become. Also in this method, before growing up a Epitaxy layers a lightly doped pedestal epitaxial layer on the semiconductor wafer of the first conductivity type.

Das beschriebene Verfahren lässt sich darüber hinaus auch auf die Variante einer mehrstufigen Epitaxie anwenden, sodass der Prozessblock bestehend als Epitaxie, Mesaätzung, Einbringen diffusionshemmender Schicht, epitaktisches Auffüllen, Rückätzen mehrfach hintereinander durchgeführt wird.The described method leaves about it also apply to the variant of a multi-step epitaxy, so that the process block consisting of epitaxy, mesa etching, insertion diffusion-inhibiting layer, epitaxial filling, re-etching multiple times in succession is carried out.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird vor dem Aufwachsen einer Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps auf den Halbleiterwafer bzw. auf die Sockelepitaxie eine strukturierte Hilfsschicht in Bereichen der zu ätzenden Grabenstruktur epitaxial aufgebracht, die einen Ätzstopp ermöglicht und vorzugsweise SixGey mit x > y oder SixGeyCz mit x > y und x > z aufweist. Dieses hat den Vorteil, dass bei einer nachfolgenden Ätzung der Grabenstruktur diese Schichten als Ätzstoppschichten wirken. Dabei ist vorzugsweise die Zusammensetzung dieser Hilfsschicht mit 0,86 ≤ x ≤ 1, y ≤ 0,40 und z ≤ 0,25 vorgesehen.In a preferred implementation of the method, prior to the growth of an epitaxial layer of the first conductivity type on the semiconductor wafer or on the pedestal epitaxy, a structured auxiliary layer is applied epitaxially in regions of the trench structure to be etched, which enables an etch stop and preferably Si x Ge y with x> y or Si x Ge y C z with x> y and x> z. This has the advantage that during a subsequent etching of the trench structure, these layers act as etching stop layers. In this case, the composition of this auxiliary layer is preferably provided as 0.86 ≦ x ≦ 1, y ≦ 0.40 and z ≦ 0.25.

In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird als Ätzstopp eine Hilfsschicht aus Halbleiteroxid oder Halbleiternitrid vorgesehen, wobei die Struktur der Hilfsschicht in den Bereichen der zu ätzenden Grabenstruktur in einer derartigen Feinstruktur aufgebracht wird, dass ein laterales monokristallines Überwachsen der Feinstruktur innerhalb des Grabens ermöglicht wird. Derartige Ätzstoppschichten haben sich in der Halbleitertechnologie bewährt und werden hier eingesetzt, um definiert das Ätzen der Grabenstruktur zu beenden.In a further embodiment of the Process is called etch stop an auxiliary layer of semiconductor oxide or semiconductor nitride provided, wherein the structure of the auxiliary layer in the areas to be etched Trench structure is applied in such a fine structure, that a lateral monocrystalline overgrowth of the fine structure within the trench becomes. Such etch stop layers have proven themselves in semiconductor technology and are used here, to define the etching to end the trench structure.

Um eine Grabenstruktur, die sich aus Streifen zusammensetzt, in die Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps einzubringen, wird eine Ätzmaske auf den Halbleiterwafer mit streifenförmigem Muster im Bereich der Driftstrecke in den jeweiligen Leistungshalbleiterbauelementpositionen fotolithographisch aufgebracht. Das Einbringen der Grabenstruktur kann sowohl durch anisotropes als auch durch isotropes Ätzen der Grabenstruktur erfolgen. Zum Einbringen einer Grabenstruktur mittels eines anisotropen Ätzens wird ein reaktives Ionenätzen durchgeführt oder eine gerichtete Plasmaätzung vorgesehen. Dabei ist eine Endpunktdetektion durch Vorsehen von einer Ätzstoppschicht, wie oben beschrieben, von Vorteil.Around a trench structure composed of strips into which To introduce epitaxial layer of the first conductivity type, an etch mask on the semiconductor wafer with a striped pattern in the area of Drift path in the respective power semiconductor component positions applied by photolithography. The introduction of the trench structure can by both anisotropic and isotropic etching of the Trench structure done. For introducing a trench structure by means of an anisotropic etching becomes a reactive ion etching performed or a directed plasma etch intended. In this case, an end point detection by providing an etch stop layer, as described above, an advantage.

Nach dem Einbringen der Grabenstruktur und vor dem Aufbringen eines diffusionshemmenden Bereichs werden die Oberflächen der Grabenwände chemisch gereinigt oder es wird die Oberfläche des Halbleiterwafers und damit auch die Grabenwände oxidiert und anschließend die Oxidschicht nasschemisch, vorzugsweise mit verdünnter oder mit gepufferter Flusssäure weggeätzt, so dass eine für das epitaktische Wachstum vorbereitete Oberfläche in den Grabenstrukturen zur Verfügung steht.After the introduction of the trench structure and before the application of a diffusion-inhibiting area, the surfaces of the trench walls are chemically cleaned or the surface of the trench walls becomes dry Semiconductor wafer and thus also the trench walls oxidized and then wet-chemically etched the oxide layer, preferably with dilute or with buffered hydrofluoric acid, so that a prepared for the epitaxial growth surface is available in the trench structures.

Eine andere Möglichkeit, die Grabenwände für eine Epitaxieschicht vorzubereiten, besteht darin alternativ oder zusätzlich, einen Wasserstofftemperschritt vorzusehen, wobei die Oberfläche von Sauerstoffpartikeln oder -atomen reduziert wird. Ist die Grabenstruktur entsprechend vorbereitet, so kann ein diffusionshemmender Bereich aus einer monokristallinen Schicht aus germaniumhaltigem Silizium mit einer Dicke d in Nanometern im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 1 × 103 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm aufwachsen.Another way to prepare the trench walls for an epitaxial layer is, alternatively or additionally, to provide a hydrogen tempering step wherein the surface area of oxygen particles or atoms is reduced. If the trench structure is prepared accordingly, a diffusion-inhibiting region of a monocrystalline layer of germanium-containing silicon with a thickness d in nanometers in the range of 10 nm ≦ d ≦ 1 × 10 3 nm, preferably in the range of 10 nm ≦ d ≦ 300 nm and especially in the range of 10 nm ≤ d ≤ 150 nm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein diffusionshemmender Bereich auch auf dem Grabenboden beibehalten. Damit ergibt sich ein im Querschnitt U-förmiger diffusionshemmender Bereich in der Grabenstruktur.In a further preferred embodiment The invention also provides a diffusion-inhibiting area on the Maintain trench bottom. This results in a cross-sectionally U-shaped diffusion-inhibiting Area in the trench structure.

In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden auf den Grabenwänden mehrere monokristalline Schichten aus germaniumhaltigem Silizium für diffusionshemmende Bereiche im Wechsel mit dotiertem Silizium vertikal ausgerichtet als Diffusionszonen hergestellt. Damit ergibt sich im Querschnitt eine streifenförmige Struktur, bei der sowohl die diffusionshemmenden Bereiche als auch die Bereiche mit Driftzonendotierung zur Stromführung beitragen.In a further embodiment of the Process become on the trench walls several monocrystalline Layers of germanium-containing silicon for diffusion-inhibiting areas alternately vertically aligned with doped silicon as diffusion zones produced. This results in a cross-section of a strip-shaped structure, in both the diffusion-inhibiting areas and the areas Contribute with drift zone doping to conduct electricity.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass auf den Grabenwänden und auf dem Grabenboden mehrere monokristalline Schichten aus germaniumhaltigem Silizium für diffusionshemmende Bereiche im Wechsel mit dotiertem Silizium ineinander gestapelt als Driftzonen hergestellt werden. Daraus ergibt sich eine Stapelung von U-förmigen diffusionshemmenden Bereichen innerhalb der Grabenstruktur, was die bereits oben erwähnten Vorteile mit sich bringt.Farther it is envisaged that on the moat walls and on the trench bottom several monocrystalline layers of germanium-containing silicon for diffusion-inhibiting Areas alternately stacked with doped silicon be prepared as drift zones. This results in a stacking of U-shaped diffusion-inhibiting areas within the trench structure, what those already mentioned above Benefits.

Ein Problem bei der Technik der Grabenstrukturen, die Driftstrecke zu strukturieren, bildet die Forderung, die nach dem Auffüllen der Grabenstruktur relativ unebene Oberseite des Halbleiterwafers einzuebnen. Dieses wird vorzugsweise durch ein chemical mechanical polishing-Verfahren (CMP) erreicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass zum Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers zu einem Halbleiterkörper mit eingeebneter Oberseite und mit einer ebenen Rückseite zunächst eine nivellierende Fotolackschicht oder eine Spin-on-Glas-Schicht auf die unebene Oberseite aufgebracht wird.One Problem with the technique of trench structures, the drift distance too structure, forms the requirement, which after filling up the Trench structure level relatively uneven top of the semiconductor wafer. This is preferably by a chemical mechanical polishing method (CMP) reached. Another possibility is that for leveling the top of the semiconductor wafer to a semiconductor body with flattened top and with a flat back first a leveling photoresist layer or a spin-on-glass layer the uneven top is applied.

Der Ätzselektivitätsfaktor gegenüber dem Halbleitermaterial der Driftstrecke wird für derartige Spin-on-Glas-Schichten bzw. Fotolackschichten in Verbindung mit dem gewählten Ätzverfahren bzw. Abtragsverfahren mit nahezu 1 gewählt. Nur dann kann davon ausgegangen werden, dass ein Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers zu einem Halbleiterkörper mit eingeebneter Oberseite problemlos erfolgen kann, indem die aufgebrachte eingeebnete Fotolackschicht oder Spin-on-Glas-Schicht und das Epitaxiematerial gleichmäßig rückgeätzt werden.The etch selectivity factor across from The semiconductor material of the drift path is for such spin-on-glass layers or photoresist layers in conjunction with the selected etching process or removal process with almost 1 chosen. Only then can be assumed that a leveling of the top of the semiconductor wafer to a semiconductor body with a flattened top can be done easily by the applied planarized photoresist layer or spin-on-glass layer and the epitaxial material is evenly etched back.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 bis 8 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen eines ersten Aspektes der Erfindung; 1 to 8th show schematic cross sections through portions of a semiconductor wafer for the production of power semiconductor devices of a first aspect of the invention;

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterwafers als monokristallines Siliziumsubstrat eines Leistungshalbleiterbauelements; 1 shows a schematic cross section through a portion of a semiconductor wafer as a monocrystalline silicon substrate of a power semiconductor device;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 1 nach Aufwachsen einer dotierten Epitaxieschicht; 2 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 1 after growing a doped epitaxial layer;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 2 nach Implantation von diffusionshemmenden Fremdstoffen in die Oberseite der Epitaxieschicht; 3 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 2 after implantation of diffusion-inhibiting contaminants in the top of the epitaxial layer;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 3 nach Herstellen eines diffusionshemmenden Bereichs auf der Oberseite der Epitaxieschicht; 4 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 3 after forming a diffusion-inhibiting region on top of the epitaxial layer;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 4 nach Freilegen einer Fläche und Ionenimplantation von Akzeptorionen durch die freigelassene Fläche; 5 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 4 after exposure of an area and ion implantation of acceptor ions through the exposed area;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer nach erneutem Aufwachsen einer Epitaxieschicht; 6 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer after re-growth of an epitaxial layer;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer nach mehrfachem Aufwachsen einer Epitaxieschicht; 7 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer after multiple growth of an epitaxial layer;

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Halbleiterwafers im Bereich einer Driftstrecke eines Leistungshalbleiterbauelements nach Ausbildung einer säulenförmigen Ladungskompensationszone; 8th shows a schematic cross section through a section of a semiconductor wafer in the region of a drift path of a power semiconductor device after formation of a columnar charge compensation zone;

9 bis 16 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers zur Herstellung einer Variante von Leistungshalbleiterbauelementen des ersten Aspektes der Erfindung; 9 to 16 show schematic Cross sections through portions of a semiconductor wafer for producing a variant of power semiconductor devices of the first aspect of the invention;

9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterwafers als monokristal lines Siliziumsubstrat eines Leistungshalbleiterbauelementes; 9 shows a schematic cross section through a portion of a semiconductor wafer as monocrystalline silicon substrate of a power semiconductor device;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 9 nach Aufwachsen einer undotierten Epitaxieschicht; 10 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 9 after growing an undoped epitaxial layer;

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 10 nach Herstellen eines diffusionshemmenden Bereichs auf der Oberseite der Epitaxieschicht; 11 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 10 after forming a diffusion-inhibiting region on top of the epitaxial layer;

12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 11 nach Freilegen einer Fläche und Ionenimplantation von Akzeptorionen durch die freiliegende Fläche; 12 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 11 after exposure of an area and ion implantation of acceptor ions through the exposed area;

13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 12 nach ganzflächiger Implantation von Donatorionen für eine Dotierung der undotierten Epitaxieschicht; 13 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 12 after full-surface implantation of donor ions for doping the undoped epitaxial layer;

14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 13 nach erneutem Aufwachsen einer undotierten Epitaxieschicht; 14 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 13 after re growing an undoped epitaxial layer;

15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 14 nach mehrfachem Aufwachsen einer undotierten Epitaxieschicht; 15 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 14 after multiple growth of an undoped epitaxial layer;

16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 15 im Bereich einer Driftstrecke eines Leistungshalbleiterbauelements nach Ausbilden von säulenförmigen Kompensationszonen; 16 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 15 in the region of a drift path of a power semiconductor component after formation of columnar compensation zones;

17 bis 21 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen eines zweiten Aspekts der Erfindung; 17 to 21 show schematic cross-sections through portions of a semiconductor wafer for the production of power semiconductor devices of a second aspect of the invention;

17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterwafers mit aufgewachsener monokristalliner und mitteldotierter Silizium-Epitaxieschicht; 17 shows a schematic cross section through a portion of a semiconductor wafer with grown monocrystalline and middle doped silicon epitaxial layer;

18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 17 nach Einbringen einer Grabenstruktur und Aufbringen einer diffusionshemmenden Schicht auf den strukturierten Halbleiterwafer; 18 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 17 after introducing a trench structure and applying a diffusion-inhibiting layer to the patterned semiconductor wafer;

19 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 18 nach anisotroper Ätzung der diffusionshemmenden Schicht unter Bildung von diffusionshemmenden Bereichen; 19 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 18 after anisotropic etching of the diffusion-inhibiting layer to form diffusion-inhibiting regions;

20 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 19 nach Auffüllen der Grabenstruktur mit einer komplementär zu den in 19 gezeigten Mesen dotierten monokristallinen Epitaxieschicht; 20 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 19 after filling the trench structure with a complementary to the in 19 mesene doped monocrystalline epitaxial layer;

21 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 20 nach Einebenen der Oberseite des Halbleiterkörpers unter Ausbilden ei ner Driftstrecke eines Leistungshalbleiterbauelements mit vertikal angeordneten diffusionshemmenden Bereichen; 21 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 20 after leveling the top of the semiconductor body to form a drift path of a power semiconductor device having vertically disposed diffusion-inhibiting areas;

22 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers nach Ausbilden einer alternativen Driftstreckenstruktur; 22 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer after forming an alternative drift path structure;

23 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers nach Ausbilden einer weiteren alternativen Driftstreckenstruktur; 23 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer after forming a further alternative drift path structure;

24 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers nach Ausbilden einer weiteren alternativen Driftstreckenstruktur; 24 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer after forming a further alternative drift path structure;

25 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers nach Ausbilden einer weiteren alternativen Driftstreckenstruktur. 25 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer after forming a further alternative drift path structure.

Die 1 bis 8 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers 22 zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen 1 eines ersten Aspektes der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen in den 1 bis 8 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht wiederholt erläutert.The 1 to 8th show schematic cross sections through portions of a semiconductor wafer 22 for the production of power semiconductor components 1 a first aspect of the invention. Components with the same functions in the 1 to 8th are denoted by the same reference numerals and are not explained repeatedly.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterwafers 22 als monokristallines Siliziumsubstrat 12 eines Leistungshalbleiterbauelements. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das monokristalline Siliziumsubstrat 12 n+-leitend und somit hochdotiert, um den Durchlasswiderstand des Leistungshalbleiterbauelements zu mi nimieren. Der Halbleiterwafer 22 und damit auch das Siliziumsubstrat 12 weisen eine Oberseite 19 und eine Rückseite 31 auf. 1 shows a schematic cross section through a portion of a semiconductor wafer 22 as monocrystalline silicon substrate 12 a power semiconductor device. In this embodiment of the invention, the monocrystalline silicon substrate is 12 n + -type and thus heavily doped to minimize the on-resistance of the power semiconductor device. The semiconductor wafer 22 and thus also the silicon substrate 12 have a top 19 and a back 31 on.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 1 nach Aufwachsen einer dotierten Epitaxieschicht 7 auf der Oberseite 19 des Siliziumsubstrats 12. Die Dotierstoffkonzentration der Epitaxieschicht 7 ist geringer als die des Siliziumsubstrats und erreicht eine mittelhohe Konzentration, wobei der Leitungstyp der gleiche ist wie der des Siliziumsubstrats 12. 2 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 1 after growing a doped epitaxial layer 7 on the top 19 of the silicon substrate 12 , The Dopant concentration of the epitaxial layer 7 is lower than that of the silicon substrate and reaches a medium high concentration, with the conductivity type being the same as that of the silicon substrate 12 ,

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer gemäß 2 nach Ionenimplantation von diffusionshemmenden Fremdstoffen in die Oberseite 27 der Epitaxieschicht 7. Für eine derartige Ionenimplantation können z. B. Germaniumionen, Kohlenstoffionen und/oder Fluorionen von der Oberseite 27 der Epitaxieschicht 7 aus implantiert werden. Bei Fremdstoffen mit geringem Diffusionskoeffizienten wie bei Germanium kann die Ionenimplantation in mehreren Stufen mit unterschiedlicher Implantationsenergie erfolgen, um eine ausreichende Tiefe und Dicke d des diffusionshemmenden Bereichs zu erreichen. Eine weitere Möglichkeit, die Diffusionsgeschwindigkeit des Germaniums zu erhöhen, besteht in der Anhebung der eingebrachten Dosis, denn die Diffusionsgeschwindigkeit des Germaniums und/oder anderer Fremdatome steigt mit deren Konzentration. 3 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer according to 2 after ion implantation of diffusion-inhibiting contaminants in the top 27 the epitaxial layer 7 , For such ion implantation z. B. germanium ions, carbon ions and / or fluorine ions from the top 27 the epitaxial layer 7 be implanted out. For impurities with a low diffusion coefficient, such as germanium, the ion implantation can be carried out in several stages with different implantation energy in order to achieve a sufficient depth and thickness d of the diffusion-inhibiting region. Another way to increase the diffusion rate of germanium, is to increase the introduced dose, because the diffusion rate of germanium and / or other impurities increases with their concentration.

Auch andere Maßnahmen, welche die Diffusionskonstante lokal beeinflussen könnten, sind möglich, wie z. B. die lokale Injektion von Siliziumgitterleerstellen zur Reduzierung der Diffusionskonstanten in dem Bereich, in dem die laterale Diffusion unterdrückt werden soll. Auch ist es möglich, eine lo kale Erhöhung der Diffusionskonstanten in dem Bereich, in dem die Ladungskompensationszonen entstehen sollen, einzubringen, beispielsweise durch die Injektion von zusätzlichem interstitiellem Silizium.Also other measures, which could affect the diffusion constant locally are possible, such as z. For example, local injection of silicon lattice vacancies for reduction the diffusion constant in the region where the lateral diffusion is suppressed should. It is also possible a local increase the diffusion constant in the area where the charge compensation zones should occur, for example, by injection from additional interstitial silicon.

Durch die Reduzierung der lateralen Diffusion der die Säulen bildenden Dotierstoffe ist es darüber hinaus möglich, bei verringerter oder gleicher Welligkeit der Säulen die vertikale Diffusion gegenüber der lateralen Diffusion zu erhöhen und somit die Trennung der Bereiche der säulenförmigen Ladungskompensationszonen von den Driftzonen zu verbessern.By the reduction of the lateral diffusion of the pillars Dopants it is about it out possible, with reduced or equal waviness of the columns, the vertical diffusion across from to increase the lateral diffusion and thus the separation of the areas of the columnar charge compensation zones to improve from the drift zones.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 3 nach Herstellen eines diffusionshemmenden Bereichs 23 auf der Oberseite 27 der Epitaxieschicht 7. Wie bereits oben erwähnt, kann die Dicke d dieses diffusionshemmenden Bereichs 23 beliebig gestaltet werden und weist vorzugsweise einen Bereich in Nanometern von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm auf. 4 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 3 after making a diffusion-inhibiting area 23 on the top 27 the epitaxial layer 7 , As already mentioned above, the thickness d of this diffusion-inhibiting region can 23 be designed arbitrarily and preferably has a range in nanometers of 10 nm ≤ d ≤ 300 nm and in particular in the range of 10 nm ≤ d ≤ 150 nm.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 4 nach Freilegen einer Fläche 28 und Ionenimplantation von Akzeptorionen durch die freigelegte Fläche 28. Um diese Fläche 28 freizulegen, wird zunächst auf die Oberseite 27 der Epitaxieschicht 7 eine fotolithographisch strukturierte Schicht aufgebracht, bei der die Fläche 28 freigelassen wird, so dass mit Hilfe eines Ätzschrittes die im Bereich der Fläche 28 befindliche diffusionshemmende Schicht 29 weggeätzt werden kann. 5 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 4 after exposing a surface 28 and ion implantation of acceptor ions through the exposed area 28 , Around this area 28 first, put on the top 27 the epitaxial layer 7 a photolithographically structured layer is applied, in which the surface 28 is released, so that by means of an etching step in the area of the surface 28 located diffusion-inhibiting layer 29 can be etched away.

Anschließend wird die freigelegte Fläche 28 benutzt, um in diesem Bereich Akzeptorionen durch die freigelegte Fläche 28 hindurch zu implantieren. Vorzugsweise werden dazu Borionen durch die freigelegte Fläche 28 hindurch in einer höheren Konzentration als die Konzentration des umgebenden Epitaxiematerials eingebracht. Diese durch Borionenimplantation eingebrachten Bereiche 35 unter der freigelegten Fläche 28 werden auch als "Bubbles" bezeichnet. Nach dem Einbringen der Akzeptorionen durch die freigelegte Fläche 28 hindurch kann die fotolithographisch strukturierte Schicht entfernt werden, so dass der in 5 gezeigte schematische Querschnitt entsteht.Subsequently, the exposed area 28 used to accept in this area acceptor ions through the exposed area 28 to implant through. Boron ions preferably become through the exposed surface 28 introduced at a higher concentration than the concentration of the surrounding epitaxial material. These areas introduced by boron ion implantation 35 under the exposed area 28 are also called "bubbles". After introducing the acceptor ions through the exposed area 28 The photolithographically structured layer can be removed, so that the in 5 shown schematic cross section arises.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 nach erneutem Aufwachsen einer Epitaxieschicht 7 sowie einem Einbringen von Fremdstoffatomen als diffusionshemmende Bereiche 23 und einem Aufbringen einer fotolithographisch strukturierten Schicht, die wiederum eine Fläche 28 freilässt, welche exakt über dem bereits eingebrachten Akzeptorionenbereich 35 freigelegt wird, so dass erneut eine Ionenimplantation von Akzeptorionen zu einem weiteren sog. "p-Bubble" durchgeführt werden kann. 6 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 after re growing an epitaxial layer 7 and introducing impurity atoms as diffusion-inhibiting regions 23 and applying a photolithographically structured layer, which in turn is a surface 28 which leaves exactly above the already introduced acceptor ion area 35 is exposed so that again an ion implantation of acceptor ions to another so-called "p-bubble" can be performed.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 nach mehrfachem Aufwachsen einer Epitaxieschicht 7, bis eine Gesamtdicke D der Epitaxieschicht erreicht ist, die für die Sperrfähigkeit des zu bildenden Leistungshalbleiterbauelementes erforderlich ist. Durch diesen schichtweisen Aufbau der Epitaxieschichten 7 werden gleichzeitig diffusionshemmende Bereiche 23 hergestellt, die sich lateral bzw. horizontal entlang der Oberseiten der Epitaxieschichten erstrecken und Flächen 28 freilassen, in denen die sog. "p-Bubbles" für eine Diffusion von säulenförmigen Kompensationszonen bereitgestellt werden sollen. 7 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 after multiple growth of an epitaxial layer 7 until a total thickness D of the epitaxial layer required for the blocking capability of the power semiconductor device to be formed is reached. Through this layered structure of the epitaxial layers 7 become simultaneously diffusion-inhibiting areas 23 made laterally or horizontally along the tops of the epitaxial layers and surfaces 28 leave open, in which the so-called "p-bubbles" are to be provided for a diffusion of columnar compensation zones.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt im Bereich einer Driftstrecke 5 eines Leistungshalbleiterbauelements 1 nach Ausbilden von säulenförmigen Ladungskompensationszonen 11. Durch die diffusionshemmenden Bereiche 23, wie sie in 7 gezeigt werden, wird die laterale Diffusion der p-leitenden Ladungskompensationszonen 11 deutlich eingeschränkt, so dass zuverlässig eine schmalere bzw. schlankere Ladungskompensationszonensäule hergestellt werden kann, womit eine Verbesserung des Einschaltwiderstandes des Leistungshalbleiterbauelements 1 verbunden ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung reicht die Ladungskompensationszone 11 in Säulenform nicht bis zu dem hochdotierten Siliziumsubstrat 12 hinunter, sondern hat eine Tiefe t, die an der Oberseite 21 einer sog. Sockelepitaxieschicht 20 endet. Die Dotierung der Sockelepitaxieschicht 20 kann geringer sein als die Dotierung der übrigen Epitaxieschichten 7 und verbessert das Avalanche-Verhalten des Leistungshalbleiterbauelements 1 mit der Ladungskompensationsstruktur 3. 8th shows a schematic cross section through a section in the region of a drift path 5 a power semiconductor device 1 after forming columnar charge compensation zones 11 , Due to the diffusion-inhibiting areas 23 as they are in 7 are shown, the lateral diffusion of the p-type charge compensation zones 11 clearly limited, so that reliable a narrower or slender charge compensation zone column can be produced, thus improving the on-resistance of the power semiconductor device 1 connected is. In this embodiment of the invention reaches the charge compensation zone 11 in column form not up to the heavily doped silicon substrate 12 down, but has a depth t, which is at the top 21 a so-called base epitaxy layer 20 ends. The doping of the base epitaxial layer 20 may be less than the doping of the remaining epitaxial layers 7 and improves the avalanche behavior of the power semiconductor device 1 with the charge compensation structure 3 ,

Die 9 bis 16 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers 22 zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen. Dieser Halbleiterwafer 22 bildet ein monokristallines n-leitendes und hochdotiertes Siliziumsubstrat 12 als Ausgangsmaterial für das Leistungshalbleiterbauelement. Dieses Ausgangsmaterial des Leistungshalbleiterbauelements unterscheidet sich nicht von dem in 1 gezeigten monokristallinen Siliziumsubstrat 12.The 9 to 16 show schematic cross sections through portions of a semiconductor wafer 22 for the production of power semiconductor components. This semiconductor wafer 22 forms a monocrystalline n-type and heavily doped silicon substrate 12 as a starting material for the power semiconductor component. This output material of the power semiconductor device does not differ from that in FIG 1 shown monocrystalline silicon substrate 12 ,

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 9 nach Aufwachsen einer undotierten Epitaxieschicht 32. Unter einer undotierten Epitaxieschicht 32 wird hier eine Epitaxieschicht verstanden, die äußerst schwachdotiert ist und als n-leitendes Siliziummaterial bezeichnet werden kann. Die Bezeichnung "undotierte Epitaxieschicht" kennzeichnet nicht ein Halbleitermaterial, das derart rein dargestellt ist, dass es die sogenannte intrinsische Leitfähigkeit erreicht. Dieser intrinsische Zustand ist praktisch bei Epitaxieschichten auf einem Siliziumsubstrat, das bereits hoch mit Donatoren verunreinigt ist, da es n+-leitend ist, nicht erreichbar. 10 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 9 after growing an undoped epitaxial layer 32 , Under an undoped epitaxial layer 32 Here, an epitaxial layer is understood, which is extremely weak doped and can be referred to as n-type silicon material. The term "undoped epitaxial layer" does not denote a semiconductor material that is so pure as to achieve so-called intrinsic conductivity. This intrinsic state is practically unattainable with epitaxial layers on a silicon substrate that is already highly contaminated with donors since it is n + -conductive.

Jedoch ist es durchaus möglich, die Donatorenkonzentration auf unter 1014 cm–3 zu vermindern, so dass von einer undotierten Epitaxieschicht gesprochen werden kann, zumal keine Dotierstoffe zusätzlich bei der Abscheidung von monokristallinem Silizium auf dem Siliziumsubstrat 12 während des Epitaxieprozesses zugeführt werden. Während in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 8 eine mittlere Dotierstoffkonzentration beim Aufwachsen der Epitaxieschicht zugeführt wird, ist dieses bei der Ausführungsform gemäß den 9 bis 16 nicht der Fall.However, it is quite possible to reduce the donor concentration to below 10 14 cm -3 , so that can be spoken of an undoped epitaxial layer, especially since no dopants in addition to the deposition of monocrystalline silicon on the silicon substrate 12 be supplied during the epitaxial process. While in the embodiment according to the 1 to 8th an average dopant concentration is supplied during growth of the epitaxial layer, this is in the embodiment according to the 9 to 16 not the case.

11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 10 nach Herstellen eines diffusionshemmenden Bereichs 23 auf der Oberseite 27 der Epitaxieschicht 32. Dieser diffusionshemmende Bereich 23 wird in analoger Weise, wie es bereits bei den 3 und 4 beschrieben wurde, hergestellt, so dass sich eine erneute Erörterung des Herstellungsverfahrens derartiger diffusionshemmender Bereiche 23 erübrigt. 11 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 10 after making a diffusion-inhibiting area 23 on the top 27 the epitaxial layer 32 , This diffusion-inhibiting area 23 becomes in a similar way, as it already at the 3 and 4 so that a further discussion of the production process of such diffusion-inhibiting areas 23 unnecessary.

12 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 gemäß 11 nach Freilegen einer Fläche 28 und einer Ionenimplantation von Akzeptorionen durch die freiliegende Fläche 28 hindurch in die Epitaxieschicht 32. Auch dieser Herstellungsschritt unterscheidet sich nicht von dem Herstellungsschritt, der bereits mit 5 beschrieben wurde. 12 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 according to 11 after exposing a surface 28 and ion implantation of acceptor ions through the exposed surface 28 through into the epitaxial layer 32 , Also, this manufacturing step is not different from the manufacturing step that already with 5 has been described.

13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 12 nach ganzflächiger Ionenimplantation von Donatorionen für eine Dotierung der undotierten Epitaxieschicht 32. Durch eine entsprechend erhöhte Implantationsenergie kann das Maximum an Donatorionen bzw. ein hochdotierter Bereich 24 in der Driftzone unterhalb des diffusionshemmenden Bereichs 23 erreicht werden. Die Donatorionen können in den Bereich 24 auch zu einem früheren Zeitpunkt, der etwa der 10 oder der 11 entspricht, eingebracht werden. In diesem Fall kann der Bereich 24 auch lokal im Bereich der Fläche 28 bei deren Freilegung entfernt werden. 13 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 12 after whole-area ion implantation of donor ions for a doping of the undoped epitaxial layer 32 , By a correspondingly increased implantation energy, the maximum of donor ions or a highly doped region 24 in the drift zone below the diffusion-inhibiting area 23 be achieved. The donor ions can be in the range 24 even at an earlier date, about the 10 or the 11 corresponds to be introduced. In this case, the area 24 also locally in the area of the area 28 be removed when they are exposed.

14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 13 nach erneutem Aufwachsen einer Epitaxieschicht 32 ohne Dotierstoffzugabe auf der bereits strukturierten Epitaxieschicht 32 gemäß 13. Auch hier werden die Bearbeitungsschritte in Form von Einbringen von Fremdstoffatomen als diffusionshemmende Schicht 29 wie ein Freiätzen eines Fensters in dieser Schicht 29 zum Einbringen von Akzeptorionen in dem freigeätztem Fenster durchgeführt. Auch das Einbringen von Donatorionen zur Dotierung der undotierten Epitaxieschicht wird erneut durchgeführt. 14 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 13 after re growing an epitaxial layer 32 without dopant addition on the already structured epitaxial layer 32 according to 13 , Again, the processing steps in the form of introducing impurity atoms as a diffusion-inhibiting layer 29 such as clearing a window in this layer 29 for introducing acceptor ions in the etched window. The introduction of donor ions for doping the undoped epitaxial layer is also carried out again.

15 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 14 nach mehrfachem Aufwachsen einer undotierten Epitaxieschicht 32 auf dem Siliziumsubstrat 12. Schließlich wird diese Struktur in einem Diffusionsofen derart aufgeheizt, dass die säulenförmige Kompensationszone, wie sie 16 zeigt, entsteht. 15 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 14 After multiple growth of an undoped epitaxial layer 32 on the silicon substrate 12 , Finally, this structure is heated in a diffusion furnace such that the columnar compensation zone, as they 16 shows, arises.

16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 15 im Bereich einer Driftstrecke 5 eines Leistungshalbleiterbauelements 1 nach Ausbilden von säulenförmigen Kompensationszonen 11. Der Unterschied zu der Ausführungsform der Erfindung gemäß den 1 bis 8 liegt nun darin, dass die Dotierung der Driftzonen 9 nicht homogen ist, sondern sich aus hochdotierten Bereichen 24 und schwachdotierten Bereichen 25, die sich horizontal bzw. lateral erstrecken, zusammensetzt. 16 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 15 in the area of a drift path 5 a power semiconductor device 1 after forming columnar compensation zones 11 , The difference to the embodiment of the invention according to the 1 to 8th lies in the fact that the doping of the drift zones 9 is not homogeneous, but from highly doped areas 24 and weakly doped areas 25 , which extend horizontally or laterally composed.

Werden diese Bereiche 24 und 25 durch den Diffusionsvorgang in ihren Konzentrationen angeglichen, bleibt dennoch eine gewisse Inhomogenität in der Dotierung der Epitaxieschichten erhalten, die so gestaltet ist, dass sie zwar die laterale Diffusion der sog. "p-Bubbles" nicht verhindert, jedoch dafür sorgt, dass der pn-Übergang zwischen Ladungskompensationszone 11 und Diffusionszone 9 sich nicht beliebig tief in die Diffusionszone 9 ausbreiten kann, da auch hier eine erhöhte Dotierung der Driftzone 9 vorliegt. Zusätzlich wird durch die in 15 gezeigten diffusionshemmenden Bereiche 23 die laterale Diffusion der "p-Bubbles" verhindert, so dass zwei Effekte gleichzeitig wirken, um schlankere Ladungskompensationssäulen 8 für die Ladungskompensationszonen 11 zu verwirklichen.Become these areas 24 and 25 Nevertheless, a certain inhomogeneity is maintained in the doping of the epitaxial layers, as determined by the diffusion process in their concentrations is designed so that it does not prevent the lateral diffusion of the so-called "p bubbles", but ensures that the pn junction between charge compensation zone 11 and diffusion zone 9 not indefinitely deep into the diffusion zone 9 can spread, as well as an increased doping of the drift zone 9 is present. In addition, by the in 15 shown diffusion-inhibiting areas 23 the lateral diffusion of the "p-bubbles" is prevented so that two effects act simultaneously to create slimmer charge-compensation columns 8th for the charge compensation zones 11 to realize.

Die 17 bis 21 zeigen schematische Querschnitte durch Teilbereiche eines Halbleiterwafers 22 zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen 2 eines zweiten Aspekts der Erfindung. Während beim ersten Aspekt der Erfindung die diffusionshemmenden Bereiche 23 horizontal bzw. lateral ausgerichtet sind und damit zu dem Strompfad 16 orthogonal verlaufen, werden im zweiten Aspekt der Erfindung die diffusions hemmenden Bereiche 23 vertikal und damit parallel zum Strompfad 16 ausgerichtet, so dass eine exaktere Eingrenzung der Ladungskompensationszonen 11 möglich ist.The 17 to 21 show schematic cross sections through portions of a semiconductor wafer 22 for the production of power semiconductor components 2 a second aspect of the invention. While in the first aspect of the invention, the diffusion-inhibiting regions 23 are aligned horizontally and laterally and thus to the current path 16 orthogonal, in the second aspect of the invention, the diffusion-inhibiting regions 23 vertically and thus parallel to the current path 16 aligned, allowing a more accurate confinement of the charge compensation zones 11 is possible.

17 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterwafers 22 mit aufgewachsener monokristalliner und mitteldotierter Silizium-Epitaxieschicht 17. Die Dicke D dieser Epitaxieschicht wird mit einem einzigen Verfahrensschritt erreicht und derart eingestellt, dass die Dicke D ausreichend ist, um die Spannungsfestigkeit des herzustellenden Leistungshalbleiterbauelements zu. gewährleisten. Die Dicke D in Mikrometern kann je nach geforderter Spannungsfestigkeit zwischen 1 μm ≤ D ≤ 150 μm liegen. Diese Epitaxieschicht ist mitteldotiert, während das monokristalline Siliziumsubstrat 12 eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweist. 17 shows a schematic cross section through a portion of a semiconductor wafer 22 with grown monocrystalline and middle doped silicon epitaxial layer 17 , The thickness D of this epitaxial layer is achieved with a single method step and adjusted such that the thickness D is sufficient to increase the dielectric strength of the power semiconductor component to be produced. guarantee. Depending on the required dielectric strength, the thickness D in micrometers may be between 1 μm ≦ D ≦ 150 μm. This epitaxial layer is center-doped while the monocrystalline silicon substrate 12 has a high dopant concentration.

18 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 17 nach Einbringen einer Grabenstruktur 13 und Aufbringen einer diffusionshemmenden Schicht 29 auf den strukturierten Halbleiterwafer 22. Das Einbringen der Grabenstruktur 13 wird durch Abdecken der Oberseite 18 des Halbleiterkörpers 4 mit der Epitaxieschicht 17 durch eine fotolithographische Schicht erreicht, wobei lediglich der Bereich von fotolithographischer Schicht freigehalten wird, in den die Grabenstruktur 13 einzubringen ist. Anschließend wird durch eine anisotrope Ätzung, vorzugsweise durch eine anisotrope reaktive Ionenätzung die Grabenstruktur 13 in die Epitaxieschicht 17 derart eingebracht, dass Mesen 33 mit einer Höhe H auf der Oberseite 19 des Substrats 12 verbleiben. 18 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 17 after introduction of a trench structure 13 and applying a diffusion-inhibiting layer 29 on the structured semiconductor wafer 22 , The introduction of the trench structure 13 is by covering the top 18 of the semiconductor body 4 with the epitaxial layer 17 achieved by a photolithographic layer, wherein only the area of photolithographic layer is kept free, in which the trench structure 13 is to bring. Subsequently, by an anisotropic etching, preferably by an anisotropic reactive ion etching, the trench structure 13 into the epitaxial layer 17 introduced so that mesen 33 with a height H on the top 19 of the substrate 12 remain.

Nach dem Einbringen der Grabenstruktur 13 in die Epitaxieschicht 17 wird die fotolithographische Maske entfernt und auf der Oberseite des Halbleiterwafers mit Driftzonen 9 in den hergestellten Mesen 33 wird eine diffusionshemmende Schicht 29, vorzugsweise aus einer monokristallinen germaniumhaltigen Silizium-Epitaxieschicht, hergestellt. Neben Germanium kann diese diffusionshemmende Schicht 29 beispielsweise auch Kohlenstoff und/oder Fluor enthalten. Diese monokristalline SiGe- bzw. SiGeC-Schicht 6, wie sie in 18 gezeigt wird, erstreckt sich sowohl horizontal, beispielsweise auf den Oberseiten 34 der Mesen 33 und auf dem Grabenboden 30, als auch vertikal entlang der Grabenwände 14 und 15 der Grabenstruktur 13. Durch eine weitere anisotrope Ätzung kann erreicht werden, dass die horizontalen Bereiche auf den Oberseiten 34 der Mesen 33 und auf dem Grabenboden 30 entfernt werden, so dass lediglich vertikale diffusionshemmende Bereiche auf den Grabenwänden 14 und 15 übrig bleiben. Dieses zeigt die 19.After the introduction of the trench structure 13 into the epitaxial layer 17 the photolithographic mask is removed and on top of the semiconductor wafer with drift zones 9 in the manufactured mesen 33 becomes a diffusion-inhibiting layer 29 , preferably made of a monocrystalline germanium-containing silicon epitaxial layer. In addition to germanium, this diffusion-inhibiting layer 29 for example, also contain carbon and / or fluorine. This monocrystalline SiGe or SiGeC layer 6 as they are in 18 is shown, extends both horizontally, for example on the tops 34 the mesen 33 and on the ditch floor 30 , as well as vertically along the moat walls 14 and 15 the trench structure 13 , By further anisotropic etching can be achieved that the horizontal areas on the topsides 34 the mesen 33 and on the ditch floor 30 be removed, leaving only vertical diffusion-inhibiting areas on the trench walls 14 and 15 left over. This shows the 19 ,

19 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 18 nach anisotroper Ätzung der diffusionshemmenden Schicht 29, wie sie in 18 gezeigt wird, unter Bildung von vertikalen diffusionshemmenden Bereichen 23. 19 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 18 after anisotropic etching of the diffusion-inhibiting layer 29 as they are in 18 is shown, forming vertical diffusion-inhibiting areas 23 ,

20 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleiterwafer 22 gemäß 19 nach Auffüllen der Grabenstruktur 13 mit einem komplementär zu den Mesen 33 der 19 dotierten monokristallin gewachsenen Halbleitermaterial 10 in der Grabenstruktur 13. Bei dem Auffüllen mit einem monokristallinen Halbleitermaterial 10 der Grabenstruktur 13 wird gleichzeitig eine relativ unebene Oberseite des Halbleiterwa fers 22 erzeugt. Diese wird in einem nächsten Schritt eingeebnet. 20 shows a schematic cross section through the semiconductor wafer 22 according to 19 after filling the trench structure 13 with a complement to the mesen 33 of the 19 doped monocrystalline grown semiconductor material 10 in the trench structure 13 , When filling with a monocrystalline semiconductor material 10 the trench structure 13 is at the same time a relatively uneven top of Halbleitwa fers 22 generated. This will be leveled in a next step.

21 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 nach Einebnen der Oberseite 18 des Halbleiterkörpers 4 unter Ausbilden einer Driftstrecke 5 eines Leistungshalbleiterbauelements 2 mit vertikal angeordneten diffusionshemmenden Bereichen 23. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung gemäß den 17 bis 21 wurde als Ausgangsmaterial für die Driftstrecke 5 eine Epitaxieschicht 17 aufgebracht, die bereits die Driftzonendotierung aufweist. 21 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 after leveling the top 18 of the semiconductor body 4 forming a drift path 5 a power semiconductor device 2 with vertically arranged diffusion-inhibiting areas 23 , In this embodiment of the invention according to the 17 to 21 was used as the starting material for the drift route 5 an epitaxial layer 17 applied, which already has the Driftzonendotierung.

22 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 nach Ausbilden einer alternativen Ladungskompensationsstruktur 3. Bei dieser Ladungskompensationsstruktur 3 wurde auf den Halbleiterwafer 22 zunächst eine Epitaxieschicht 17 mit mitteldotiertem, p-leitendem Silizium aufgebracht und in diese mitteldotierte p-leitende Epitaxieschicht 17 eine Grabenstruktur 13 eingebracht, wobei eine Ausdiffusion von Akzeptoren aus diesem Epitaxiebereich durch Aufbringen einer diffusionshemmenden Schicht, wie es beispielsweise die monokristalline SiGe- oder SiGeC-Schicht 6 darstellt, deutlich verhindert, so dass in der Grabenstruktur 13 eine mitteldotierte, monokristalline n-leitende Epitaxieschicht für entsprechende Driftzonen 9 eingebracht werden konnte. 22 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 after forming an alternative charge compensation structure 3 , In this charge compensation structure 3 was on the semiconductor wafer 22 first an epitaxial layer 17 applied with middle-doped, p-type silicon and in this middle-doped p-type epitaxial layer 17 a trench structure 13 introduced, wherein an outward diffusion of acceptors from this epitaxial region by applying a diffusion-inhibiting layer, such as, for example, the monocrystalline SiGe or SiGeC layer 6 represents, clearly prevented, leaving in the trench structure 13 a middle-doped, monocrystalline n-type epitaxial layer for corresponding drift zones 9 could be introduced.

23 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 nach Ausbilden einer weiteren alternativen Ladungskompensationsstruktur 3. Bei dieser alternativen Ladungskompensationsstruktur 3 wurde auch auf dem Grabenboden 30 der Grabenstruktur 13 der diffusionshemmende Bereich 23 beibehalten, so dass sich im Querschnitt eine U-Form 26 für die diffusionshemmenden Bereiche 23 ergibt. Ein besonderer Vorteil dieser U-Form 26 besteht darin, dass durch geeignete Wahl des Germaniumanteils im Silizium die Beweglichkeit der freien Ladungsträger in diesen Schichten spürbar erhöht werden kann, so dass der Einschaltwiderstand weiter reduziert werden kann. Dieser Effekt wirkt sich umso stärker aus, je höher der Germaniumgehalt je Silizium-Germaniumschicht ist. Ungeachtet dessen muss jedoch die kritische Schichtdicke in der Driftstrecke 5 respektiert werden und gegebenenfalls müssen mehrere dünne, durch Siliziumschichten getrennte Silizium-Germaniumschichten aufgewachsen werden, wie es die 24 zeigt. 23 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 after forming another alternative charge compensation structure 3 , In this alternative charge compensation structure 3 was also on the ditch floor 30 the trench structure 13 the diffusion-inhibiting area 23 maintained so that in cross-section a U-shape 26 for the diffusion-inhibiting areas 23 results. A particular advantage of this U-shape 26 is that by appropriate choice of the germanium content in the silicon, the mobility of the free charge carriers in these layers can be noticeably increased, so that the on-resistance can be further reduced. This effect is the stronger the higher the germanium content per silicon germanium layer. Regardless, however, the critical layer thickness in the drift path must be 5 be respected and if necessary, several thin, separated by silicon layers silicon germanium layers must be grown as it 24 shows.

24 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 nach Ausbilden einer weiteren alternativen Driftzonenstruktur, wobei in diesem Fall sich vertikal ausgerichtete diffusionshemmende Bereiche 23 mit germaniumhaltigem Silizium und n-leitend dotierte Siliziumbereiche im Querschnitt der Grabenstruktur 13 einander abwechseln. Anstelle einer monokristallinen Abscheidung von germaniumhaltigem Silizium können auch in die Wände 14 und 15 der Grabenstruktur 13 Fremdatome und/oder Punktdefekte implantiert werden, um vertikale diffusionshemmende Bereiche 23 zu schaffen. 24 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 after forming another alternative drift zone structure, in which case vertically oriented diffusion-inhibiting regions 23 with germanium-containing silicon and n-type doped silicon regions in the cross section of the trench structure 13 alternate each other. Instead of a monocrystalline deposition of germanium-containing silicon can also in the walls 14 and 15 the trench structure 13 Impurities and / or point defects are implanted around vertical diffusion-inhibiting areas 23 to accomplish.

25 zeigt einen schematischen Querschnitt des Halbleiterwafers 22 nach Ausbilden einer weiteren alternativen Driftzonenstruktur. In diesem Fall sind mehrere U-förmige, diffusionshemmende Bereiche ineinander im Bereich der Grabenstruktur 13 gestapelt angeordnet, wobei zwischen den U-förmigen diffusionshemmenden Bereichen 23 n-leitend dotiertes Silizium für die Driftzonen 9 der Driftstrecke 5 angeordnet sind. 25 shows a schematic cross section of the semiconductor wafer 22 after forming another alternative drift zone structure. In this case, a plurality of U-shaped, diffusion-inhibiting regions are intermeshed in the region of the trench structure 13 stacked, being between the U-shaped diffusion-inhibiting areas 23 n-type doped silicon for the drift zones 9 the drift path 5 are arranged.

11
Leistungshalbleiterelement (1. Ausführungsform)Power semiconductor element (1st embodiment)
22
Leistungshalbleiterelement (2. Ausführungsform)Power semiconductor element (2nd embodiment)
33
LadungskompensationsstrukturCharge compensation structure
44
HalbleiterkörperSemiconductor body
55
Driftstreckedrift
66
monokristalline SiGe-Schicht bzw. SiGeC-Schichtmonocrystalline SiGe layer or SiGeC layer
77
Epitaxieschichtepitaxial layer
88th
Säule aus komplementärem LeitungstypPillar out complementary cable type
99
Driftzonedrift region
1010
Halbleitermaterial monokristallin gewachsen in GrabenstrukturSemiconductor material monocrystalline grown in trench structure
1111
LadungskompensationszoneCharge compensation zone
1212
monokristallines Substratmonocrystalline substratum
1313
Grabenstrukturgrave structure
1414
Wand der Grabenstrukturwall the trench structure
1515
Wand der Grabenstrukturwall the trench structure
1616
Strompfadcurrent path
1717
mittel dotierte Epitaxieschichtmedium doped epitaxial layer
1818
Oberseite des Halbleiterkörpertop of the semiconductor body
1919
Oberseite des Substratstop of the substrate
2020
Sockelepitaxieschichtpedestal
2121
Oberseite der Sockelepitaxieschichttop the pedestal epitaxy layer
2222
HalbleiterwaferSemiconductor wafer
2323
diffusionshemmender Bereichdiffusion-inhibiting Area
2424
hochdotierter Bereich in Driftzonehighly paid Area in drift zone
2525
schwachdotierter Bereich in Driftzonelightly doped Area in drift zone
2626
U-FormU-shape
2727
Oberseite der Epitaxieschichttop the epitaxial layer
2828
Flächearea
2929
diffusionshemmende Schichtdiffusion-inhibiting layer
3030
Grabenbodengrave soil
3131
Rückseite des Halbleiterkörperback of the semiconductor body
3232
undotierte Epitaxieschichtundoped epitaxial layer
3333
MesenMesen
3434
Oberseite der Mesentop the mesen
3535
borimplantierter Bereich bzw. Akzeptorionenbereichborimplantierter Area or acceptor area
HH
Höhe der MesenHeight of the mesen
DD
Gesamtdicke der Epitaxieschichttotal thickness the epitaxial layer
dd
Dicke eines diffusionshemmenden Bereichsthickness a diffusion-inhibiting area
tt
Tiefe der Ladungskompensationszonedepth the charge compensation zone

Claims (57)

Leistungshalbleiterbauelement mit Ladungskompensationsstruktur (3), wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1, 2) in einem monokristallinen Halbleiterkörper (4) eine Driftstrecke (5) zwischen zwei Elektroden aufweist, und die Driftstrecke (5) Driftzonen (9) eines ersten Leitungstyps, die einen Strompfad (16) zwischen den Elektroden in der Driftstrecke (5) bereitstellen, und Ladungskompensationszonen (11) eines zum ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps, die den Strompfad der Driftstrecke (5) einengen, aufweist, wobei die Zonen der Driftstrecke (5) diffusionshemmende Bereiche (23) mit diffusionshemmenden Störstellen und/oder mit diffusionshemmenden Punktdefekten für mindestens einen der Leitungstypen aufweisen, wobei die diffusionshemmenden Bereiche (23) derart angeordnet sind, dass sie die Ladungskompensationszonen (11) in ihrer lateralen Erstreckung begrenzen.Power semiconductor component with charge compensation structure ( 3 ), wherein the power semiconductor component ( 1 . 2 ) in a monocrystalline semiconductor body ( 4 ) a drift path ( 5 ) between two electrodes, and the drift path ( 5 ) Drift zones ( 9 ) of a first conductivity type having a current path ( 16 ) between the electrodes in the drift path ( 5 ) and charge compensation zones ( 11 ) of a type of line complementary to the first type of line, comprising the current path of the drift path ( 5 ), wherein the zones of the drift path ( 5 ) diffusion-inhibiting regions ( 23 ) with diffusion-inhibiting impurities and / or with diffusion-inhibiting point defects for at least one of the conductivity types, the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) are arranged so that they the charge compensation zones ( 11 ) in their lateral extent. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzonen (9) und die Ladungskompensationszonen (11) vertikal angeordnet sind.Power semiconductor component according to claim 1, characterized in that the drift zones ( 9 ) and the charge compensation zones ( 11 ) are arranged vertically. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (4) ein hochdotiertes Substrat (12) des ersten oder des komplementären Leitungstyps aufweist, auf dem eine schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht (17) des ersten Leitungstyps mit der Driftstrecke (5) angeordnet ist.Power semiconductor component according to claim 1 or claim 2, characterized in that the semiconductor body ( 4 ) a highly doped substrate ( 12 ) of the first or of the complementary conductivity type, on which a weakly to medium-doped epitaxial layer ( 17 ) of the first conductivity type with the drift path ( 5 ) is arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper auf dem hochdotierten Substrat (12) eine nicht strukturierte schwachdotierte Sockelepitaxieschicht (20) des ersten Leitungstyps aufweist, die frei von Ladungskompensationszonen (11) ist.Power semiconductor component according to claim 3, characterized in that the semiconductor body on the highly doped substrate ( 12 ) an unstructured lightly doped pedestal epitaxial layer ( 20 ) of the first conductivity type, which is free of charge compensation zones ( 11 ). Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ladungskompensationszonen (11) in ihrer Tiefe (t) von einer Oberseite (18) des Halbleiterkörpers (4) bis zu einer Oberseite (19) des Substrats (12) erstrecken.Power semiconductor component according to claim 3, characterized in that the charge compensation zones ( 11 ) in their depth (t) from a top ( 18 ) of the semiconductor body ( 4 ) up to a top ( 19 ) of the substrate ( 12 ). Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ladungskompensationszonen (11) in ihrer Tiefe (t) von einer Oberseite (18) des Halbleiterköpers (4) bis zu einer Oberseite (21) einer nicht strukturierten Sockelepitaxieschicht (20) erstrecken.Power semiconductor component according to claim 4, characterized in that the charge compensation zones ( 11 ) in their depth (t) from a top ( 18 ) of the semiconductor body ( 4 ) up to a top ( 21 ) of an unstructured pedestal epitaxial layer ( 20 ). Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) eine Dicke d in Nanometern im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 1 × 104 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm aufweisen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) have a thickness d in nanometers in the range of 10 nm ≦ d ≦ 1 × 10 4 nm, preferably in the range of 10 nm ≦ d ≦ 300 nm and in particular in the range of 10 nm ≦ d ≦ 150 nm. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) Germanium, Kohlenstoff und/oder Fluor Atome als Störstellen auf Substitutionsgitterplätzen des monokristallinen Halbleiterkörpers (4) aufweisen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) Germanium, carbon and / or fluorine atoms as impurities on substitution grid sites of the monocrystalline semiconductor body ( 4 ) exhibit. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) eine monokristalline Schicht (6) mit der Zusammensetzung SixGeyCz aufweisen, wobei x > y und x > z ist, vorzugsweise mit y ≤ 0,40 und z ≤ 0,25.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) a monocrystalline layer ( 6 ) having the composition Si x Ge y C z , where x> y and x> z, preferably with y ≤ 0.40 and z ≤ 0.25. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) Gitterleerstellen als Punktdefekte aufweisen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) Have vacancies as point defects. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diffusionsfördernde Bereiche interstitiell angeordnete Halbleiteratome als Punktdefekte aufweisen.Power semiconductor component according to one of the preceding Claims, characterized in that diffusion-promoting areas interstitial have arranged semiconductor atoms as point defects. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) eine Diffusion von Akzeptorionen aus p-leitenden Zonen hemmen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) inhibit diffusion of acceptor ions from p-type regions. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) eine Diffusion von Donatorionen aus n-leitenden Zonen hemmen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) inhibit diffusion of donor ions from n-type regions. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche parallel oder orthogonal zum Strompfad angeordnet sind.Power semiconductor component according to one of the preceding Claims, characterized in that the diffusion-inhibiting regions are parallel or orthogonal to the current path. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungskompensationszonen (11) in Epitaxieschichten (7) schichtweise strukturierte, implantierte und diffundierte Säulen (8) des komplementären Leitungstyps aufweisen.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the charge compensation zones ( 11 ) in epitaxial layers ( 7 ) layered, implanted and diffused columns ( 8th ) of the complementary conductivity type. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in vertikal erstreckenden Driftzonen (9) hochdotierte und schwachdotierte horizontale Bereiche (24, 25) aufeinander gestapelt abwechseln, wobei die hochdotierten Bereiche (24) in gleicher vertikaler Lage angeordnet sind, wie hochdotierte Bereiche in benachbarten Ladungskompensationszonen (11).Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that in vertically extending drift zones ( 9 ) highly doped and lightly doped horizontal areas ( 24 . 25 ) stacked on each other, the highly doped regions ( 24 ) are arranged in the same vertical position as highly doped regions in adjacent charge compensation zones (FIG. 11 ). Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzonen (9) monokristallin auf einem hochdotier ten monokristallinen Substrat (12) in einer Grabenstruktur (13) gewachsenes Halbleitermaterial (10) aufweisen.Power semiconductor component according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the drift zones ( 9 ) monocrystalline on a highly doped monocrystalline substrate ( 12 ) in a trench structure ( 13 ) grown semiconductor material ( 10 ) exhibit. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungskompensationszonen (11) monokristallin auf einem hochdotierten monokristallinen Substrat (12) in einer Grabenstruktur (13) gewachsenes Halbleitermaterial (10) aufweisen.Power semiconductor component according to one of Claims 1 to 13 or 17, characterized in that the charge compensation zones ( 11 ) monocrystalline on a highly doped monocrystalline substrate ( 12 ) in a trench structure ( 13 ) grown semiconductor material ( 10 ) exhibit. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) vertikal oder parallel zum Strompfad (16) angeordnet sind.Power semiconductor component according to one of Claims 1 to 13 or 17 or 18, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) vertically or parallel to the current path ( 16 ) are arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionshemmenden Bereiche (23) im Querschnitt eine U-Form (26) aufweisen.Power semiconductor component according to one of Claims 1 to 13 or 17 to 19, characterized in that the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) in cross section a U-shape ( 26 ) exhibit. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzonen (5) in der Grabenstruktur (13) mehrere im Querschnitt U-förmige (26) diffusionshemmende Bereiche (23) aufweisen, die ineinander gestapelt sind, wobei zwischen den diffusionshemmenden Bereichen (23) monokristallines Material (27) des ersten Leitungstyps angeordnet ist.Power semiconductor component according to one of Claims 1 to 13 or 17 to 20, characterized in that the drift zones ( 5 ) in the trench structure ( 13 ) several in cross-section U-shaped ( 26 ) diffusion-inhibiting regions ( 23 ), which are stacked in one another, wherein between the diffusion-inhibiting regions ( 23 ) monocrystalline material ( 27 ) of the first conductivity type is arranged. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungskompensationszonen (11) und die Driftzonen (9) streifenförmig nebeneinander zwischen den Elektroden angeordnet sind.Power semiconductor component according to one of claims 1 to 13 or 17 to 21, characterized in that the charge compensation zones ( 11 ) and the drift zones ( 9 ) are arranged in strips next to each other between the electrodes. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine streifenförmige Driftzone (9) von zwei streifenförmigen Ladungskompensationszonen (11) in Strompfadrichtung in ihrer Breite quer zum Strompfad (16) begrenzt sind.Power semiconductor component according to one of claims 1 to 13 or 17 to 22, characterized in that in each case a strip-shaped drift zone ( 9 ) of two strip-shaped charge compensation zones ( 11 ) in the direction of the current path in their width transversely to the current path ( 16 ) are limited. Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzone (9) mehrere abwechselnd angeordnete Bereiche aus Silizium (10) des ersten Leitungstyps und diffusionshemmende Bereiche (6) aufweist.Power semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the drift zone ( 9 ) a plurality of alternately arranged regions of silicon ( 10 ) of the first conductivity type and diffusion-inhibiting regions ( 6 ) having. Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen (1) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 16, wobei mehrere die Dotierung der Driftzonen (9) aufweisende Epitaxieschichten (7) auf einem hochdotierten Substrat (12) erzeugt werden, und wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten oder eines komplementären Leitungstyps mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Leistungshalbleiterbauelementpositionen als Substrat (12) eines Halbleiterkörpers (4); b) Aufwachsen einer monokristallinen die Dotierung der Driftzonen (9) aufweisenden Epitaxieschicht (7) auf dem Halbleiterwafer; c) Herstellen einer diffusionshemmenden Schicht (29) durch Einbringen von diffusionshemmenden Fremdatomen und/oder Punktdefekten wie Gitterleerstellen in die Epitaxieschicht (7); d) Aufbringen und Strukturieren einer photolithographischen Schicht auf die Epitaxieschicht (7) unter Freilassen von Flächen (28), für Ladungskompensationszonen (11); e) Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (29) im Bereich der freigelassenen Flächen (28); f) Einbringen von Störstellen des komplementären Leitungstyps in die Epitaxieschicht im Bereich der freigelassenen Flächen; g) Entfernen der photolithographischen Schicht h) Wiederholen der Schritte b) bis g) bis eine für die Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterbauelements (1) ausreichende Dicke einer vertikalen Driftstrecke (5) erreicht ist; i) Aufheizen des Halbleiterwafers auf eine Diffusionstemperatur zur Ausbildung von säulenförmigen durch diffusionshemmende Bereiche (23) lateral begrenzte Ladungskompensationszonen (11) in der aus Epitaxieschichten (7) aufgebauten Driftstrecke (5) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Halbleiterwafers.Method for producing power semiconductor components ( 1 ) having the features of one of claims 1 to 16, wherein a plurality of the doping of the drift zones ( 9 ) having epitaxial layers ( 7 ) on a heavily doped substrate ( 12 a method comprising the steps of: a) providing a highly doped semiconductor wafer of a first or a complementary conductivity type with a multiplicity of power semiconductor component positions arranged in rows and columns as substrate ( 12 ) of a semiconductor body ( 4 ); b) growing a monocrystalline doping of the drift zones ( 9 ) epitaxial layer ( 7 ) on the semiconductor wafer; c) producing a diffusion-inhibiting layer ( 29 ) by introduction of diffusion-inhibiting impurities and / or point defects such as vacancies in the epitaxial layer ( 7 ); d) applying and structuring a photolithographic layer to the epitaxial layer ( 7 ) leaving areas free ( 28 ), for charge compensation zones ( 11 ); e) removing the diffusion-inhibiting layer ( 29 ) in the area of released areas ( 28 ); f) introduction of impurities of the complementary conductivity type into the epitaxial layer in the region of the exposed surfaces; g) removing the photolithographic layer h) repeating steps b) to g) to one for the dielectric strength of the power semiconductor component ( 1 ) sufficient thickness of a vertical drift path ( 5 ) is reached; i) heating the semiconductor wafer to a diffusion temperature to form columnar diffusion-inhibiting regions ( 23 ) laterally delimited charge compensation zones ( 11 ) in the epitaxial layers ( 7 ) constructed drift path ( 5 ) in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer. Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen (1) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 16, wobei mehrere undotierte Epitaxieschichten (32) auf einem hochdotierten Substrat (12) erzeugt werden, und wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten oder eines komplementären Leitungstyps mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Leistungshalbleiterbauelementpositionen als Substrat (12) eines Halbleiterkörpers (4); b) Aufwachsen einer monokristallinen undotierten Epitaxieschicht (32) auf dem Halbleiterwafer; c) Herstellen einer diffusionshemmenden Schicht (29) durch Einbringen von diffusionshemmenden Fremdatomen und/oder Punktdefekten wie Gitterleerstellen oder interstitiellen Halbleiteratomen in die Epitaxieschicht (32); d) Aufbringen und Strukturieren einer photolithographischen Schicht auf die Epitaxieschicht (32) unter Freilassen von Flächen (28), für Ladungskompensationszonen (11); e) Entfernen der diffusionshemmenden Schicht (29) mit diffusionshemmenden Fremdatomen und/oder Punktdefekten im Bereich der freigelassenen Flächen (28); f) Einbringen von Störstellen des komplementären Leitungstyps in die Epitaxieschicht (32) im Bereich der freigelassenen Flächen (28); g) Entfernen der photolithographischen Schicht; h) Einbringen von Störstellen zur Driftzonendotierung der undotierten Epitaxieschicht (32); i) Wiederholen der Schritte b) bis h) bis eine für die Spannungsfestigkeit des Leistungshalbleiterbauelements (2) ausreichende Dicke D einer vertikalen Driftstrecke (9) erreicht ist; j) Aufheizen des Halbleiterwafers auf eine Diffusionstemperatur zur Ausbildung von säulenförmigen durch diffusionshemmende Bereiche (23) lateral begrenzte Ladungskompensationszonen (11) in der aus Epitaxieschichten (32) aufgebauten Driftstrecke (5) und der Dotierung der Driftzellen (9) in den Leistungshalbleiterbauteilpositionen des Halbleiterwafers.Method for producing power semiconductor components ( 1 ) having the features of one of claims 1 to 16, wherein a plurality of undoped epitaxial layers ( 32 ) on a heavily doped substrate ( 12 a method comprising the steps of: a) providing a highly doped semiconductor wafer of a first or a complementary conductivity type with a multiplicity of power semiconductor component positions arranged in rows and columns as substrate ( 12 ) of a semiconductor body ( 4 ); b) growing a monocrystalline undoped epitaxial layer ( 32 ) on the semiconductor wafer; c) producing a diffusion-inhibiting layer ( 29 by introduction of diffusion-inhibiting foreign atoms and / or point defects such as vacancies or interstitial semiconductor atoms into the epitaxial layer ( 32 ); d) applying and structuring a photolithographic layer to the epitaxial layer ( 32 ) leaving areas free ( 28 ), for charge compensation zones ( 11 ); e) removing the diffusion-inhibiting layer ( 29 ) with diffusion-inhibiting impurities and / or point defects in the area of the released surfaces ( 28 ); f) introduction of impurities of the complementary conductivity type into the epitaxial layer ( 32 ) in the area of released areas ( 28 ); g) removing the photolithographic layer; h) introduction of impurities for drift zone doping of the undoped epitaxial layer ( 32 ); i) repeating steps b) to h) to one for the dielectric strength of the power semiconductor component ( 2 ) sufficient thickness D of a vertical drift path ( 9 ) is reached; j) heating the semiconductor wafer to a diffusion temperature to form columnar diffusion-inhibiting regions ( 23 ) laterally delimited charge compensation zones ( 11 ) in the epitaxial layers ( 32 ) constructed drift path ( 5 ) and the doping of the drift cells ( 9 ) in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer. Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 26 mit folgenden zusätzlichen Schritten: – Herstellen von Oberseitenstrukturen und Rückseitenstrukturen in und/oder auf dem Halbleiterwafer zur Fertigstellung der Leistungshalbleiterbauelemente (1) in den Leistungshalbleiterbauelementpositionen des Halbleiterwafers; – Auftrennen des Halbleiterwafers in mehrere Leistungshalbleiterbauelemente (1).The method of claim 25 or claim 26 with the following additional steps: Production of top structures and back structures in and / or on the semiconductor wafer for completing the power semiconductor components (FIG. 1 ) in the power semiconductor device positions of the semiconductor wafer; Separating the semiconductor wafer into a plurality of power semiconductor components ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen einer mittel dotierten oder undotierten Epitaxieschicht (7) des ersten Leitungstyps auf den Halbleiterwafer eine schwachdotierte Sockelepitaxieschicht (20) des ersten Leitungstyps aufgewachsen wird.Method according to one of claims 25 to 27, characterized in that prior to the growth of a medium-doped or undoped epitaxial layer ( 7 ) of the first conductivity type on the semiconductor wafer a weakly doped base epitaxial layer ( 20 ) of the first conductivity type is grown. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen einer diffusionshemmenden Schicht (29) als diffusionshemmende Fremdatome Germaniumionen und/oder Kohlenstoffionen und/oder Fluorionen mittels Ionenimplantation eingebracht werden.Method according to one of claims 25 to 28, characterized in that for producing a diffusion-inhibiting layer ( 29 ) germanium ions and / or carbon ions and / or fluorine ions are introduced by means of ion implantation as diffusion-inhibiting foreign atoms. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen einer diffusionshemmenden Schicht (29) diffusionshemmende Fremdatome mittels einer mehrstufigen Ionenimplantation mit unterschiedlichen Implantationsenergien eingebracht werden.Method according to one of claims 25 to 29, characterized in that for producing a diffusion-inhibiting layer ( 29 ) diffusion-inhibiting impurities are introduced by means of a multi-stage ion implantation with different implantation energies. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen von diffusionshemmenden Punktdefekten wie Gitterleerstellen eine Implantation mit Argonionen durchgeführt wird.Method according to one of claims 25 to 30, characterized that for introduction of diffusion-inhibiting point defects such as lattice vacancies an implantation with argon ions is performed. verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen (2) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 13 oder eines der Ansprüche 17 bis 23, wobei mindestens eine die Dotierung der Driftzonen (9) oder der Ladungskompensationszonen (11) einer Driftstrecke (5) aufweisende Epitaxieschicht (17) auf einem hochdotierten Substrat erzeugt wird, und wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten oder eines komplementären Leitungstyps mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Leistungshalbleiterelementpositionen als Substrat (12) eines Halbleiterkörpers (4); – Aufwachsen einer Epitaxieschicht (17) des ersten Leitungstyps oder eines komplementären Leitungstyps auf den Halbleiterwafer als Ausgangsmaterial für eine Driftstrecke (5) mit Driftzonen (9) und Landungskompensationszonen (11); – Einbringen einer Grabenstruktur (13) mit nahezu vertikalen Grabenwänden (14, 15) und einem Grabenboden (30) in die Epitaxieschicht (17) in den Leistungshalbleiterelementpositionen; – Abscheiden eines diffusionshemmenden Bereichs (23) aus einer monokristallinen Halbleiterschicht auf dem Halbleiterwafer; – anisotropes Freiätzen des Grabenbodens (30) der Grabenstruktur (13) und der Oberseiten (34) der Mesen (33) aus Epitaxiematerial von der monokristallinen Halbleiterschicht; – Aufwachsen einer komplementär zu den Mesen (33) dotierten Epitaxieschicht unter Auffüllen der Grabenstruktur (13); – Herstellen von Oberseitenstrukturen und Rückseitenstrukturen in und/oder auf dem Halbleiterkörper (4) zur Fertigstellung der Leistungshalbleiterelemente (2) in den Leistungshalbleiterelementpositionen des Halbleiterwafers; – Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Leistungshalbleiterelemente (2).Method for producing power semiconductor components ( 2 ) having the features of one of claims 1 to 13 or one of claims 17 to 23, wherein at least one of the doping of the drift zones ( 9 ) or the charge compensation zones ( 11 ) a drift path ( 5 ) epitaxial layer ( 17 ) is produced on a highly doped substrate, and wherein the method comprises the following method steps: providing a highly doped semiconductor wafer of a first or a complementary conductivity type with a multiplicity of power semiconductor element positions arranged in rows and columns as substrate ( 12 ) of a semiconductor body ( 4 ); Growing an epitaxial layer ( 17 ) of the first conductivity type or of a complementary conductivity type on the semiconductor wafer as a starting material for a drift path ( 5 ) with drift zones ( 9 ) and landing compensation zones ( 11 ); - introduction of a trench structure ( 13 ) with almost vertical trench walls ( 14 . 15 ) and a trench bottom ( 30 ) into the epitaxial layer ( 17 ) in the power semiconductor element positions; Deposition of a diffusion-inhibiting area ( 23 ) of a monocrystalline semiconductor layer on the semiconductor wafer; Anisotropic free etching of the trench bottom ( 30 ) of the trench structure ( 13 ) and the tops ( 34 ) the mesen ( 33 ) of epitaxial material from the monocrystalline semiconductor layer; - growing up a complementary to the mesen ( 33 ) doped epitaxial layer with filling of the trench structure ( 13 ); Production of top side structures and rear side structures in and / or on the semiconductor body ( 4 ) for completing the power semiconductor elements ( 2 ) in the power semiconductor element positions of the semiconductor wafer; Separating the semiconductor wafer into individual power semiconductor elements ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass für die monokristalline Halbleiterschicht Silizium eingesetzt wird und zur Diffusionshemmung Germanium, Kohlenstoff und/oder Fluor zugesetzt wird.Method according to claim 32, characterized in that that for the monocrystalline semiconductor layer silicon is used and germanium, carbon and / or fluorine added for diffusion inhibition becomes. Verfahren nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufwachsen einer Epitaxieschicht unter Auffüllen der Grabenstruktur (31) die Oberseite des Halbleiterwafers bis zu der Driftstrecke (5) aus Drift- und Ladungskompensationszonen (9, 11) zu einem Halbleiterkörper (4) mit eingeebneter Oberseite (18) und ebener Rückseite (31) eingeebnet wird.A method according to claim 32 or claim 33, characterized in that after the growth of an epitaxial layer while filling the trench structure ( 31 ) the top of the semiconductor wafer to the drift path ( 5 ) from drift and charge compensation zones ( 9 . 11 ) to a semiconductor body ( 4 ) with leveled top ( 18 ) and flat back ( 31 ) is leveled. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen einer Epitaxieschicht (17) auf den Halbleiterwafer eine schwachdotierte Sockelepitaxieschicht (20) des ersten Leitungstyps aufgewachsen wird.Method according to one of claims 32 to 34, characterized in that prior to the growth of an epitaxial layer ( 17 ) on the semiconductor wafer a weakly doped base epitaxial layer ( 20 ) of the first conductivity type is grown. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen einer Epitaxieschicht (17) des ersten Leitungstyps auf den Halbleiterwafer bzw. auf die Sockelepitaxieschicht (20) eine strukturierte Hilfsschicht in Bereichen der zu ätzenden Grabenstruktur (13) epitaxial aufgebracht wird, die einen Ätzstopp ermöglicht und vorzugsweise SixGey mit x > y oder SixGeyCz mit x > y und x > z aufweist.Method according to one of claims 32 to 35, characterized in that prior to the growth of an epitaxial layer ( 17 ) of the first conductivity type on the semiconductor wafer or on the base epitaxial layer ( 20 ) a structured auxiliary layer in areas of the trench structure to be etched ( 13 ) is provided epitaxially, which enables an etching stop and preferably Si x Ge y with x> y or Si x Ge y C z with x> y and x> z. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung der Hilfsschicht mit y ≤ 0,40 und z ≤ 0,25 eingehalten wird.Method according to Claim 36, characterized that a composition of the auxiliary layer with y ≤ 0.40 and z ≤ 0.25 is complied with. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen einer Epitaxieschicht (17) des ersten Leitungstyps auf den Halbleiterwafer bzw. auf die Sockelepitaxieschicht (20) eine strukturierte Hilfsschicht in Bereichen der zu ätzenden Grabenstruktur (13) aufgebracht wird, die einen Ätzstopp ermöglicht und vorzugsweise ein Halbleiteroxid oder Halbleiternitrid aufweist, wobei die Struktur der Hilfsschicht in den Bereichen der zu ätzenden Grabenstruktur (13) in einer derartigen Feinstruktur aufgebracht wird, dass ein laterales mono kristallines Überwachsen der Feinstruktur ermöglicht wird.Method according to one of claims 32 to 37, characterized in that prior to the growth of an epitaxial layer ( 17 ) of the first conductivity type on the semiconductor wafer or on the base epitaxial layer ( 20 ) a structured auxiliary layer in areas of the trench structure to be etched ( 13 ) is applied, which enables an etching stop and preferably comprises a semiconductor oxide or semiconductor nitride, wherein the structure of the auxiliary layer in the regions of the trench structure to be etched ( 13 ) is applied in such a fine structure that a lateral mono-crystalline overgrowth of the fine structure is made possible. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Grabenstruktur (13) in die Epitaxieschicht (17) des ersten Leitungstyps eine Ätzmaske auf den Halbleiterwafer mit streifenförmigen Mustern im Bereich der Driftstrecke (5) in den Leistungshalbleiterbauelementpositionen photolithographisch aufgebracht wird.Method according to one of claims 32 to 38, characterized in that for introducing the trench structure ( 13 ) into the epitaxial layer ( 17 ) of the first conductivity type, an etching mask on the semiconductor wafer with stripe-shaped patterns in the region of the drift path ( 5 ) is photolithographically applied in the power semiconductor device positions. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Grabenstruktur (13) eine anisotrope und/oder isotrope Ätzung der Grabenstruktur (13) erfolgt.Method according to one of claims 32 to 39, characterized in that for introducing the trench structure ( 13 ) an anisotropic and / or isotropic etching of the trench structure ( 13 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Grabenstruktur (13) eine anisotrope reaktive Ionenätzung durchgeführt wird.Method according to one of claims 32 to 39, characterized in that for introducing the trench structure ( 13 ) Anisotropic reactive ion etching is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Grabenstruktur (13) eine gerichtete Plasmaätzung durchgeführt wird.Method according to one of claims 32 to 39, characterized in that for introducing the trench structure ( 13 ) a directed plasma etching is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Grabenstruktur (13) eine gerichtete Plasmaätzung mit Endpunktdetektion durchgeführt wird.Method according to one of claims 32 to 42, characterized in that for introducing the trench structure ( 13 ) a directional plasma etch with endpoint detection is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die photolithographische Maske entfernt wird, und die Oberseite des Halbleiterwafers Driftzonen (9) mit den hergestellten Mesen (33) zwischen den Grabenstrukturen (13) bildet.Method according to one of claims 39 to 43, characterized in that the photolithographic mask is removed, and the upper side of the semiconductor wafer drift zones ( 9 ) with the prepared mesen ( 33 ) between the trench structures ( 13 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Ätzmaske eine strukturierte Endpunktkontrollschicht vorzugsweise aus einem Halbleiteroxid und/oder einem Halbleiternitrid und/oder einer Six-GeyCz-Schicht mit x > y und x > z, vorzugsweise mit Si0,86 Ge0,07 C0,07. aufgebracht wird, welche die Oberseiten der Diffusionszonen (9) bedeckt.Method according to one of claims 39 to 44, characterized in that prior to the application of the etching mask, a structured Endpunktkontrollschicht preferably of a semiconductor oxide and / or a semiconductor nitride and / or a Si x -Ge y C z layer with x> y and x> z, preferably with Si 0.86 Ge 0.07 C 0.07 . is applied, which the tops of the diffusion zones ( 9 ) covered. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Grabenstruktur (13) und vor dem Aufbringen eines diffusionshemmenden Bereichs (23) auf die Grabenwände (14, 15) die Oberflächen der Grabenstruktur (13) chemisch gereinigt werden.Method according to one of claims 32 to 45, characterized in that after the introduction of the trench structure ( 13 ) and before the application of a diffusion-inhibiting area ( 23 ) on the trench walls ( 14 . 15 ) the surfaces of the trench structure ( 13 ) are chemically cleaned. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Grabenstruktur (13) und vor dem Aufbringen eines diffusionshemmenden Bereichs (23) auf die Grabenwände (14, 15) die Oberfläche des Halbleiterwafers oxidiert und anschließend die Oxidschicht weggeätzt wird.Method according to one of claims 32 to 46, characterized in that after the introduction of the trench structure ( 13 ) and before the application of a diffusion-inhibiting area ( 23 ) on the trench walls ( 14 . 15 ) the surface of the semiconductor wafer is oxidized and then the oxide layer is etched away. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Grabenstruktur (13) und vor dem Aufbringen eines diffusionshemmenden Bereichs (23) auf die Grabenwände (14, 15) diese mittels eines Wasserstoff-Temperschrittes geglättet werden.Method according to one of claims 32 to 47, characterized in that after the introduction of the trench structure ( 13 ) and before the application of a diffusion-inhibiting area ( 23 ) on the trench walls ( 14 . 15 ) These are smoothed by means of a hydrogen annealing step. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass als diffusionshemmender Bereich (23) eine monokristalline Schicht aus germaniumhaltigen Silizium mit einer Dicke d in Nanometern im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 1 × 103 nm, vorzugsweise im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 300 nm und insbesondere im Bereich von 10 nm ≤ d ≤ 150 nm aufgewachsen wird.Method according to one of claims 32 to 48, characterized in that as diffusion-inhibiting area ( 23 ) a monocrystalline layer of germanium-containing silicon with a thickness d in nanometers in the range of 10 nm ≦ d ≦ 1 × 10 3 nm, preferably in the range of 10 nm ≦ d ≦ 300 nm and in particular in the range of 10 nm ≦ d ≦ 150 nm is grown up. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffusionshemmender Bereich (23) auch auf dem Grabenboden (30) beibehalten wird.Method according to one of claims 32 to 49, characterized in that a diffusion-inhibiting area ( 23 ) also on the trench bottom ( 30 ) is maintained. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grabenwänden (14, 15) mehrere monokristalline Schichten aus germaniumhaltigem Silizium für diffusionshemmende Bereiche (23) im Wechsel mit dotiertem Silizium vertikal ausgerichtet als Driftzonen (9) hergestellt werden.Method according to one of claims 32 to 50, characterized in that on the trench walls ( 14 . 15 ) several monocrystalline layers of germanium-containing silicon for diffusion-inhibiting regions ( 23 ) alternating with doped silicon vertically aligned as drift zones ( 9 ) getting produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Grabenwänden (14, 15) und auf dem Grabenboden mehrere monokristalline Schichten aus germaniumhaltigem Silizium für diffusionshemmender Bereiche (23) im Wech sel mit dotiertem Silizium ineinander gestapelt als Driftzonen (9) hergestellt werden.Method according to one of claims 32 to 51, characterized in that on the trench walls ( 14 . 15 ) and on the trench bottom several monocrystalline layers of germanium-containing silicon for diffusion-inhibiting areas ( 23 ) in alternating with doped silicon stacked as drift zones ( 9 ) getting produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass zum anisotropen Freiätzen des Bodenbereichs (30) der Grabenstruktur (13) und/oder der Oberseiten (34) von Mesen (33) ein Trockenätzverfahren wie es auch für das Einbringen der Grabenstruktur gemäß einem der Ansprüche 38 bis 40 eingesetzt wird, verwendet wird.Method according to one of claims 32 to 52, characterized in that for the anisotropic free etching of the ground area ( 30 ) of the trench structure ( 13 ) and / or the tops ( 34 ) of Mesen ( 33 ) a dry etching method as it is also used for the introduction of the trench structure according to one of claims 38 to 40 is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers zu einem Halbleiterkörper (4) mit eingeebneter Oberseite (18) ein chemical mechanical polishing-Verfahren (CMP) verwendet wird.Method according to one of claims 32 to 53, characterized in that for flattening the upper side of the semiconductor wafer to a semiconductor body ( 4 ) with leveled top ( 18 ) a chemical mechanical polishing (CMP) method is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers zu einem Halbleiterkörper (4) mit eingeebneter Oberseite (18) und Rückseite (31) zunächst eine nivellierende Photolackschicht oder eine Spin-on-Glas-Schicht auf die unebene Oberseite aufgebracht wird, deren Ätzselektivitätsfaktor gegenüber dem Halbleitermaterial der Driftstrecke (5) in Verbindung mit den gewählten Ätz- bzw. Abtragverfahren nahezu 1 ist.Method according to one of claims 32 to 54, characterized in that for flattening the upper side of the semiconductor wafer to a semiconductor body ( 4 ) with leveled top ( 18 ) and back ( 31 ), a leveling photoresist layer or a spin-on-glass layer is first applied to the uneven upper side, the etch selectivity factor of which relative to the semiconductor material of the drift path (FIG. 5 ) in connection with the selected etching or Abtragverfahren is almost 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einebnen der Oberseite des Halbleiterwafers bis zu den aufgewachsenen Drift- und Ladungskompensationszonen (9, 11) die aufgebrachte eingeebnete Photolackschicht oder Spin-on-Glas-Schicht und das Epitaxiematerial rückgeätzt werden.Method according to one of claims 32 to 55, characterized in that for flattening the upper side of the semiconductor wafer up to the grown drift and charge compensation zones ( 9 . 11 ) the deposited planarized photoresist layer or spin on glass layer and the epitaxial material are etched back. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessblock bestehend aus Aufbringen einer Epitaxie-, Mesaätzung, Einbringen diffusionshemmender Schichten, epitaktiales Auffüllen und Rückätzen mehrfach hintereinander durchgeführt wird.Method according to one of Claims 32 to 56, characterized that the process block consisting of applying an epitaxy, mesa etching, Introduction of diffusion-inhibiting layers, epitaxial filling and Recharge multiple times performed one after the other becomes.
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