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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Halbleiterbauelement
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 6.
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Derartige Halbleiterbauelemente sind
beispielsweise aus der
EP
0 746 030 A2 bekannt. Dieses Dokument beschreibt einen
Leistungs-MOSFET mit einer Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen
und einer Durchbruchstruktur. Das bekannte Halbleiterbauelement
umfasst einen Halbleiterkörper
mit einer im Bereich der Rückseite
des Halbleiterkörpers
angeordneten Drain-Zone, mit im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordneten Source-Zonen,
einer sich an die Drain-Zone anschließenden Driftzone und zwischen
der Driftzone und den Source-Zonen angeordneten Kanalzonen/Body-Zonen.
Die Drain-Zone,
die Driftzone und Source-Zonen sind bei einem n-leitenden MOSFET n-dotiert, wobei die
Kanalzonen p-dotiert sind. Das Halbleiterbauelement weist eine Vielzahl
von Gräben auf,
in denen jeweils Gate-Elektroden angeordnet sind, die gegenüber dem
Halbleiterkörper
isoliert sind und die sich jeweils benachbart zu den Kanalzonen von
den Source-Zonen bis in die Driftzone erstrecken.
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Die Durchbruchstruktur ist bei dem
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement
dadurch gebildet, dass eine p-dotierte Zone vorgesehen ist, die sich
ausgehend von der Vorderseite des Halbleiterkörpers bis unterhalb der Gräben erstreckt,
so dass bei einem n-leitenden MOSFET zwischen dieser p-dotierten
Zone und der Driftzone bzw. der Drain-Zone eine Diode gebildet ist,
wobei die Anode dieser Diode durch die p-dotierte Zone gebildet
und mit den Source-Zonen des MOSFET kurzgeschlossen ist.
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Ziel bei der Entwicklung derartiger
Leistungs-MOSFET ist es, einen niedrigen spezifischen Einschaltwiderstand
bei einer hohen Durchbruchsfestigkeit (Avalance-Festigkeit) zu erzielen.
In der Regel wird ein niedriger spezifischer Einschaltwiderstand
mit einer etwas geringeren Durchbruchfestigkeit erkauft, wohingegen
Bauelemente mit einer guten Durchbruchsfestigkeit in der Regel schlechtere spezifische
Einschaltwiderstände
aufweisen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
es, ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein mittels Feldeffekt
steuerbares Halbleiterbauelement, zur Verfügung zu stellen, welches hinsichtlich
der Abstimmung des spezifischen Einschaltwiderstandes auf die Durchbruchsfestigkeit
optimiert ist.
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Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement
gemäß der Merkmale
des Anspruchs 1 und durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale
des Anspruchs 6 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement gemäß Anspruch
1 umfasst einen Halbleiterkörper
mit einer ersten Anschlusszone und einer zweiten Anschlusszone eines
ersten Leitungstyps, einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone
angeordneten Kanalzone eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps
und wenigstens einen sich in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Graben,
der von der zweiten Anschlusszone durch die Kanalzone bis in die
erste Anschlusszone reicht, wobei in dem Graben eine Steuerelektrode
angeordnet ist, die benachbart zu der Kanalzone und isoliert gegenüber dem
Halbleiterkörper
ausgebildet ist. Zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone verläuft ein
Durchbruchstrompfad, der wenigstens einen pn-Übergang aufweist und der bei Erreichen
einer zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone anliegenden
Durchbruchspannung leitet, wobei der Durchbruch strompfad erfindungsgemäß wenigstens
teilweise in dem Graben verläuft.
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Durch das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
ist ein MSFET mit Durchbruchstrompfad realisiert, wobei die erste
und zweite Anschlusszone die Drain-Zone bzw. Source-Zone und die
Kanalzone die Kanalzone bzw. Body-Zone des MOSFET bilden. Die Steuerelektrode
bildet die Gate-Elektrode des MOSFET. Der MOSFET ist ein n-leitender
MOSFET, wenn die Drain-Zone sowie eine sich gegebenenfalls an die Drain-Zone
anschließende
Driftzone und die Source-Zone n-leitend sind und die Bodyzone p-leitend ist.
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Die Realisierung des Durchbruchstrompfades
wenigstens teilweise in dem Graben ermöglicht zum einen eine platzsparende
Realisierung des MOSFET mit Durchbruchstrompfad und bewirkt zum anderen,
dass der Durchbruchstrompfad nicht in Kanalnähe verläuft. Der Kanal bildet sich
bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement
in der Kanalzone entlang des Grabens bei Anlegen eines geeigneten
Potentials an die Gate-Elektrode aus. Dieser leitende Kanal ist
bei einem in dem Graben ausgebildeten Durchbruchstrompfad durch
eine die Gate-Elektrode gegenüber
dem Halbleiterkörper
isolierende Isolationsschicht und die Gate-Elektrode selbst von
dem Durchbruchstrompfad getrennt. Durch diese Trennung von Durchbruchstrompfad
und Kanal wird verhindert, dass eine Ladungsträgerinjektion in den Kanalbereich
und in die Gate-Isolationsschicht, die üblicherweise aus einem Oxid
besteht, erfolgt, wodurch die Einsatzspannung des MOSFET verschoben
würde und
die Gefahr des Einschaltens eines parasitären Bipolartransistors bestünde, was zu
einer Zerstörung
des Bauelements führen
könnte.
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Der Durchbruchstrompfad teilweise
in dem Graben wird bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements
dadurch realisiert, dass in dem Graben eine Elektrode angeordnet
ist, die mit der Source-Zone elektrisch leitend verbunden ist, die
gegenüber
der Steuerelektrode elektrisch isoliert ist und die sich am Boden
des Kontaktloches an den Halbleiterkörper anschließt, wobei
der Halbleiterkörper
in diesem Anschlussbereich eine dotierte Zone des zweiten Leitungstyps
aufweist. Die in dem Graben ausgebildete und mittels einer Isolationsschicht
gegenüber
der Steuerelektrode isolierte Elektrode besteht vorzugsweise aus
einem Metall oder einem Polysilizium. Diese Elektrode kontaktiert die
unterhalb des Grabens ausgebildete Zone des zweiten Leitungstyps,
die in der Drain-Zone bzw. Driftzone ausgebildet ist. Diese Zone
des zweiten Leitungstyps bildet zu der Driftzone bzw. Drain-Zone des
MOSFET einen pn-Übergang,
der Bestandteil der Durchbruchstruktur ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, den pn-Übergang
der Durchbruchstruktur in dem Graben auszubilden. Hierzu ist im
unteren Bereich des Grabens eine sich an die erste Anschlusszone,
d.h. die Drain-Zone bzw. Driftzone, anschließende Materialzone vorgesehen,
die vom selben Leitungstyp wie die erste Anschlusszone, bzw. Source-Zone,
ist und die gegenüber
der Steuerelektrode mittels einer Isolationsschicht isoliert ist.
An diese Materialzone schließt
sich eine Anschlusselektrode eines zu dieser Materialzone komplementären Leitungstyps
an, die elektrisch leitend mit der zweiten Anschlusszone verbunden
ist. Zwischen dieser Anschlusselektrode und der Materialzone, die
komplementär
dotiert sind, ist der pn-Übergang
der Durchbruchstruktur gebildet.
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Die Anschlusselektrode und die zwischen dieser
Anschlusselektrode und der ersten Anschlusszone in dem Graben ausgebildete
Materialzone bestehen vorzugsweise aus Polysilizium.
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Das Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch
6 umfasst einen Halbleiterkörper
mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer im Bereich der
Rückseite
ausgebildeten ersten Anschlusszone, wenigstens einen ersten und
einen zweiten Graben, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet
sind und die sich jeweils in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein
erstrecken, wenigstens eine zwischen dem ersten und zweiten Graben
angeordnete zweite Anschlusszone und eine zwischen dem ersten und
zweiten Graben und zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone
angeordnete Kanalzone. Das Bauelement umfasst weiterhin wenigstens
einen dritten Graben mit einer isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper ausgebildeten
Steuerelektrode, wobei dieser dritte Graben in lateraler Richtung
beabstandet zu dem ersten Graben angeordnet ist. Zwischen dem dritten
Graben und dem ersten Graben ist ein Durchbruchstrompfad ausgebildet,
wobei der Abstand zwischen dem ersten Graben und dem dritten Graben
in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers geringer ist als der
Abstand zwischen dem ersten und zweiten Graben. Durch den geringeren
Abstand der Gräben,
zwischen denen eine Durchbruchstruktur angeordnet ist, ist eine
besonders platzsparende Realisierung des Bauelements möglich.
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Die Durchbruchstruktur umfasst vorzugsweise
eine Diodenstruktur, deren einer Anschluss durch die erste Anschlusszone,
bzw. Drain-Zone, des Halbleiterkörpers
gebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in
Ausführungsbeispielen
anhand von Figuren näher erläutert. In
den Figuren zeigt
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1 einen
Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements
in perspektivischer Darstellung,
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2 einen
Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,
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3 ein
erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement
gemäß 1 während verschiedener Verfahrensschritte
eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauelements,
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4 einen
Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines weiteren
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,
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5 einen
Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des weiteren
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
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In den Figuren bezeichnen, sofern
nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit
gleicher Bedeutung.
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements
in perspektivischer Darstellung. Das dargestellte Halbleiterbauelement
realisiert einen n-leitenden Graben-MOSFET mit einer teilweise in
dem Graben oder den Gräben
angeordneten Durchbruchstruktur. Die erfindungsgemäße Struktur ist
selbstverständlich
auch auf p-leitende MOSFET anwendbar, wobei die im folgenden erläuterten
Dotierungen dann zu vertauschen sind.
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Das dargestellte Halbleiterbauelement
umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit
einer n-dotierten ersten Anschlusszone 12, 14.
Diese erste Anschlusszone ist im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 stärker n-dotiert
und bildet dort die Drain-Zone des MOSFET, während sich an die stärker dotierte
Drain-Zone 14 eine schwächer
n-dotierte Driftzone 12 anschließt. Der Halbleiterkörper 100 umfasst
weiterhin eine p-dotierte Kanalzone oder Body-Zone 20,
die sich an die Driftzone 12 anschließt und die zwischen der Driftzone 12 und
einer im Bereich der Vorderseite ausgebildeten stark n-dotierten zweiten
Anschlusszone 30 ausgebildet ist. Die zweite Anschlusszone 30 bildet
die Source-Zone des MOSFET.
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Ausgehend von einer Vorderseite 101 erstrecken
sich mehrere Gräben 60,
von denen in 1 zwei
dargestellt sind, durch die Source-Zone 30, die Body-Zone 20 bis
in die Driftzone 12 des Halbleiterkörpers.
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Im Bereich der Seitenwände der
Gräben 60 sind
jeweils Steuerelektroden 40, die zusammengeschaltet die
Gate-Elektrode des MOSFET bilden, angeordnet. Diese Gate-Elektroden 40 sind
durch eine Gate-Isolationsschicht 50 gegenüber dem
Halbleiterkörper 100 isoliert
und verlaufen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers von
der Source-Zone 30 entlang der Body-Zone 20 bis
zu der Driftzone 12, um bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials
einen elektrisch leitenden Kanal in der Body-Zone 20 entlang
der Seitenwand des Grabens zwischen der Source-Zone 30 und
der Driftzone 12 zu bewirken.
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Das Halbleiterbauelement umfasst
eine Vielzahl gleichartiger Transistorstrukturen, sogenannter Zellen
mit Source-Zonen 30, Body-Zonen 20 und Gate-Elektroden 40,
wobei allen Zellen in dem Ausführungsbeispiel
eine Driftzone 12 und eine Drain-Zone 14 gemeinsam
ist. Die Source-Zonen 30 aller Zellen sind dabei elektrisch
leitend miteinander verbunden, um eine gemeinsame Source-Zone zu bilden,
und die Gate-Elektroden 40 aller Zellen sind elektrisch
leitend miteinander verbunden, um eine gemeinsame Gate-Elektrode
zu bilden.
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Das in 1 dargestellte
Halbleiterbauelement umfasst eine Durchbruchstruktur mit einer Elektrode 80,
die in dem Graben 60 ausgebildet ist und die mittels einer
weiteren Isolationsschicht 70 gegenüber der Gate-Elektrode 40 isoliert
ist. Diese Elektrode 80 erstreckt sich in vertikaler Richtung über die gesamte
Länge des
Grabens und berührt
am Boden des Grabens 60 den Halbleiterkörper 100 im Bereich der
Driftzone 12. In diesem Kontaktbereich zwischen der Elektrode 80 und
der Driftzone 12 ist eine p-dotierte Zone 90 vorgesehen,
die durch die Elektrode 80 kontaktiert ist und die die
Elektrode in diesem Bereich vollständig überdeckt. Die p-dotierte Zone 90 und
die Driftzone 12 bzw. die Drain-Zone 14 bilden eine
Diode, deren Schaltsymbol in 1 eingezeichnet
ist, und die bei dem dargestellten n-leitenden MOSFET in Source-Drain-Richtung in Durchlassrichtung
bzw. in Drain-Source-Richtung in Sperrrichtung gepolt ist. Die Durchbruchspannung
dieser Diode in Drain-Source-Richtung kann über die Dotierung der p-dotierten Zone 90 eingestellt
werden.
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Die in dem Graben 60 angeordnete
Elektrode 80 ist mit der Source-Zone 30 kurzgeschlossen. Dazu
schließt
sich die Elektrode 80 im oberen Bereich des Grabens unmittelbar
an den Seitenwänden des
Grabens 60 an die Source-Zone 30 an. Die Elektrode 80,
die vorzugsweise aus einem Metall oder Polysilizium, insbesondere
n-dotiertem oder p-dotiertem Polysilizium besteht, dient damit gleichzeitig
als Anschlusskontakt für
die Source-Zone 30, so dass zur Kontaktierung der Source-Zonen 30 unmittelbar diese
Elektrode 80 oberhalb des Grabens 60 kontaktiert
werden kann, wodurch auf Kontaktanschlüsse oberhalb der zwischen den
Gräben
angeordneten Halbleiterbereichen, den sogenannten Mesa-Bereichen,
verzichtet werden kann.
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Das Halbleiterbauelement umfasst
weiterhin stark p-dotierte Body-Anschlussbereiche 22, die
sich, wie dies aus der perspektivischen Darstellung in 1 deutlich wird, ausgehend
von der Body-Zone 20 zwischen Abschnitten der stark dotierten
Source-Zone 30 bis an die Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers
erstrecken und im oberen Bereich des Grabens 60 die Elektrode 80 kontaktieren,
so dass die Elektrode 80 über die Anschlussbereiche 22 die p-dotierte
Body-Zone 20 und die n-dotierte
Source-Zone 30 kurzschließt, um in hinlänglich bekannter Weise
parasitäre
Bipolareffekte zu vermeiden. Auf separate Kontakte in dem zwischen
den Gräben
ausgebildeten Halbleiterbereich, dem sogenannten Mesa-Bereich, zum
Kurzschließen
der Source-Zone 30 und der Body-Zone 20 kann bei
dem Halbleiterbauelement verzichtet werden.
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Zum Anschließen der Body-Zone 20 an
die Elektrode 80 zur Erzielung des Kurzschlusses genügen schmale
p-dotierte Zonen 22, so dass der hierfür erforderliche Platzbedarf
im Mesa- Gebiet gering
ist. Die durch Kurzschließen
der Source-Zone 30 und der Body-Zone 20 entstehende
Body-Diode zwischen Source 30 und Drain 14 ist
entsprechend der Diode der Durchbruchstruktur gepolt.
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Die Durchbruchspannung der Durchbruchstruktur
ist so eingestellt, dass sie kleiner als die der Body-Diode ist.
Bei Anlegen einer positiven Spannung in Source-Drain-Richtung fließt der Großteil des Stromes
dann über
die in Durchlassrichtung gepolte Diode der Durchbruchstruktur, so
dass der Querschnitt der stark p-dotierten Zonen 22 über welche die
Body-Zone 20 und die Source-Zone 30 kurzgeschlossen
sind, gering und deshalb platzsparend realisierbar sein kann. Die
Abmessungen dieses Siliziumbereiches zwischen den Gräben 60 können gegenüber herkömmlichen
Halbleiterbauelementen dadurch verringert werden, was zur Verringerung
des spezifischen Einschaltwiderstandes des Halbleiterbauelements
beiträgt.
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Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement funktioniert
bei Anliegen einer positiven Drain-Source-Spannung und bei Anliegen
eines gegenüber
Source-Potential positiven Gate-Potentials wie
ein herkömmlicher
MOSFET, dessen Schaltsymbol in 1 eingezeichnet
ist. Überschreitet
die Drain-Source-Spannung
bei sperrendem MOSFET die Durchbruchspannung der durch die p-dotierte Zone 90 und
Driftzone 12 gebildeten Diode, so fließt ein Durchbruchstrom von
einem an die Drain-Zone 14 angeschlossenen Drain-Anschluss über die
Driftzone 12, die p-dotierte Anodenzone 90 und
die Elektrode 80 zu einem an die Elektrode 80 angeschlossenen
Source-Anschluss. Diese Durchbruchstruktur funktioniert bei Anlegen
einer Spannung in Rückwärtsrichtung,
d.h. einer in Source-Drain-Richtung positiven Spannung, wie die
Body-Diode und übernimmt
den Großteil
des dann fließenden
Stromes, so dass der Anschlusskontakt für die Body-Zone 20 klein
und platzsparend ausgebildet sein kann.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, welches
sich von dem in 1 dargestellten
dadurch unterscheidet, dass der pn-Übergang
der Durchbruchstruktur in dem Graben 60 angeordnet ist.
Hierzu sind in dem Graben zwei Halbleiterbereiche 81, 82 ausgebildet,
die entsprechend der Elektrode 80 in 1 mittels einer Isolationsschicht 70 gegenüber der
Gate-Elektrode 40 isoliert
sind. Ein im unteren Bereich des Grabens angeordneter Halbleiterbereich 82 ist
in dem Ausführungsbeispiel
n-dotiert und kontaktiert die Driftzone 12, während ein
oberhalb des Halbleiterbereichs 82 angeordneter Halbleiterbereich 81 p-dotiert
ist und im oberen Bereich des Grabens die Source-Zone 30 kontaktiert.
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Der Halbleiterbereich 81 kontaktiert
entsprechend der Elektrode 80 in 1 über
eine Body-Anschlusszone 22 auch die Body-Zone 20.
Zum Kurzschließen
der Source-Zone 30 mit den p-dotierten Zonen 22 und damit
der Body-Zone 20 ist bei dem Halbleiterbauelement vorzugsweise
eine auf dem Halbleiterkörper
angeordnete Elektrode 85 vorgesehen, die in 2 gestrichelt eingezeichnet
ist.
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Die Halbleiterbereiche 81, 82 bestehen
vorzugsweise aus Polysilizium, wobei zwischen diesen beiden Halbleiterbereichen
ein pn-Übergang
realisiert ist, der in Source-Drain-Richtung in Durchlassrichtung
und in Drain-Source-Richtung in Sperrrichtung gepolt ist. Überschreitet
die Drain-Source-Spannung bei sperrendem MOSFET die Durchbruchspannung
dieses pn-Übergangs,
so fließt
ein Durchbruchstrom über
den an die Drain-Zone 14 angeschlossenen Drain-Anschluss,
die Driftzone 12, den n-dotierten Halbleiterbereich 82 und
den p-dotierten Halbleiterbereich 81 an den Source-Anschluss
S, den Halbleiterbereich 81 und die Source-Zone 30 kurzschließt.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements
gemäß 1 wird nachfolgend anhand
von 3 näher erläutert.
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3a zeigt
einen Halbleiterkörper 100,
der eine stark n-dotierte
Zone 12, die spätere
Drain-Zone, im Bereich der Rückseite,
eine sich an die Drain-Zone 12 anschlieflende schwächer n-dotierte Driftzone 14,
eine sich an die Driftzone 14 anschließende p-dotierte Zone 20,
die spätere
Body-Zone, sowie eine sich an die Body-Zone 20 anschließende stark
n-dotierte Zone,
die spätere
Source-Zone 30, aufweist, nach ersten Verfahrensschritten,
bei denen Gräben 60 ausgehend
von der Vorderseite in den Halbleiterkörper 100 eingebracht
wurden und bei denen eine Isolationsschicht 50', die spätere Gate-Isolationsschicht
auf den Halbleiterkörper 100 und
in die Gräben 60 eingebracht
wurde. Eine Struktur gemäß 3a ist mittels herkömmlicher
Halbleitertechnologieverfahren in hinlänglich bekannter Weise herstellbar,
so dass auf eine detaillierte Erläuterung hier verzichtet werden
kann.
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3b zeigt
die Struktur gemäß 3a nach weiteren Verfahrensschritten,
bei welchen Gate-Elektroden 40 an den Seitenwänden der
Graben hergestellt wurden. Diese Gate-Elektroden bestehen beispielsweise aus
Polysilizium und können beispielsweise
mittels eines sogenannten Polyspacer-Prozesses hergestellt werden. Hierzu
wird eine Polysiliziumschicht 40', die in 3b gestrichelt dargestellt ist, mit wenigstens
annäherungsweise gleichmäßiger Dicke
auf die gesamte Anordnung abgeschieden und anschließend beispielsweise
mittels eines anisotropen Ätzverfahrens
so lange zurückgeätzt bis
die Polysiliziumschicht am Boden des Kontaktloches 60 und
von der Vorderseite des Halbleiterkörpers, sowie teilweise von
den Seitenwänden
im oberen Bereich des Grabens entfernt ist.
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In den nächsten Verfahrensschritten,
deren Ergebnis in 3c dargestellt
ist, werden Isolationsschichten 70 auf freiliegenden Bereichen
der Gate-Elektroden 60 erzeugt. Hierzu wird entweder eine
Isolationsschicht 70 auf die Gate-Elektroden 40 abgeschieden
oder die Gate-Elektroden 40 werden einem Oxidationsprozess
unterworfen, so dass auf den Gate-Elektroden 40 eine Schicht
aus einem Halbleiteroxid entsteht. Anschließend wird die Isolationsschicht 50 von
der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 sowie im
Bodenbereich des Grabens 60 entfernt. Dies kann beispielsweise
durch eine anisotrope Ätzung
erfolgen, bei der die Isolierschicht 70 nur wenig gedünnt wird.
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3d zeigt
das Halbleiterbauelement nach dem Herstellen der p-dotierten Zonen 90 in
der Driftzone 12. Diese p-dotierten Zonen 12 werden beispielsweise
mittels eines Implantationsprozesses und vorzugsweise eines auf
den Implantationsprozess folgenden Diffusions- oder Ausheilprozesses hergestellt.
Die Herstellung dieser p-dotierten Zonen kann bereits unmittelbar
nach dem in 3b dargestellten
Verfahrensschritt erfolgen, bei dem die Gate-Elektroden 40 hergestellt
werden. In diesem Fall wird am Boden des Grabens durch die dort
noch vorhandene Isolationsschicht 50' in den Halbleiterkörper implantiert.
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Anschließend werden die Gräben mit
einem Elektrodenmaterial, beispielsweise einem Metall oder Polysilizium,
zur Herstellung der Elektroden 80 aufgefüllt, wie
dies in 3e im Ergebnis
dargestellt ist, um so zu dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement zu
gelangen.
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Besteht die Elektrode aus einem Metall
oder einem n-dotierten Silizium, so wird vorteilhafterweise vor
dem Herstellen der Elektrode beispielsweise ein Silizid auf die
freiliegende Oberfläche
des Halbleiterkörpers
zumindest im Bereich der p-dotierten
Zone aufgebracht, um einen guten ohmschen Kontakt zwischen der Elektrode 80 und
der p-dotierten Zone 90 zu erhalten, um an diesem Übergang
das Entstehen eines pn-Übergangs
oder eines Schottky-Kontakts zu verhindern.
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Besteht die Elektrode aus einem p-dotierten Polysilizium,
so kann auf eine solche Silizidschicht im Übergangsbereich zwi schen der
Elektrode 80 und der p-dotierten Zone 12 verzichtet
werden. In diesem Fall kann im oberen Bereich des Grabens an den
Seitenwänden
vor dem Herstellen der Elektrode 80 eine Materialschicht,
beispielsweise ein Silizid, auf die Source-Zone aufgebracht werden, um einen pn-Übergang
zwischen der Elektrode 80 und der Source-Zone zu verhindern.
Bei Vorsehen einer die gesamte Anordnung überdeckenden Anschlusselektrode 85,
die in 2 gestrichelt
dargestellt ist und die beispielsweise aus einem Metall besteht
und die die Elektrode 80 und die Source-Zone kurzschließt, kann
auf eine solche Silizidschicht verzichtet werden.
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Die Kontaktierung der Gate-Elektroden
von außen
kann bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement
wie bei herkömmlichen
Graben-Transistoren erfolgen, so dass auf eine detaillierte Darstellung
hier verzichtet wird.
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4 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement,
durch welches ein MOSFET mit einer Durchbruchstruktur bei hoher
Spannungsfestigkeit und niedrigem spezifischem Einschaltwiderstand
realisiert ist.
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Das Halbleiterbauelement umfasst
einen Halbleiterkörper 100 mit
einer im Bereich einer Rückseite 102 des
Halbleiterkörpers 100 angeordneten stark
n-dotierten Drain-Zone 12, einer sich an die Drain-Zone 12 anschließenden Driftzone 14,
einer sich an die Driftzone 14 anschließenden p-dotierten Body-Zone 20,
sowie einer sich an die Body-Zone 20 anschließenden,
im Bereich einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers ausgebildeten
stark n-dotierten Source-Zone 30. Die Body-Zone 20 und
die Source-Zone 30 sind zwischen zwei in lateraler Richtung beabstandet
zueinander angeordneten Gräben 61, 62 ausgebildet,
die sich ausgehend von der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 in
vertikaler Richtung entlang der Source-Zone 20 und der
Body-Zone 20 bis in die Driftzone 14 erstrecken.
In diesen Gräben 61, 62 sind
jeweils Gate-Elektroden 42 aus gebildet, die mittels Gate-Isolationsschichten 52 gegenüber dem
Halbleiterkörper 100 isoliert
sind.
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Die Gräben 61, 62 mit
den Gate-Elektroden 42, sowie die zwischen den Gräben angeordneten Source-Zonen 30 und
Body-Zonen 20 mit der Driftzone 14 und der Drain-Zone 12 bilden
eine MOSFET-Struktur, wobei das Schaltsymbol dieses MOSFET in 4 eingezeichnet ist.
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Das Halbleiterbauelement umfasst
weiterhin wenigstens einen weiteren Graben 60, der in lateraler Richtung
beabstandet zu dem ersten Graben 61 angeordnet ist, wobei
dieser Graben 60 Bestandteil einer weiteren Transistorstruktur
mit einer Source-Zone 30 und einer Body-Zone 20 sein
kann.
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Der Abstand dieses weiteren Grabens 60 zu dem
ersten Graben 61 in lateraler Richtung ist geringer als
der Abstand des ersten und zweiten Grabens 61, 62 der
Transistorstruktur, wobei zwischen den beiden enger beabstandeten
Gräben 60, 61 eine Durchbruchstruktur
angeordnet ist. Diese Durchbruchstruktur umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine
p-dotierte Halbleiterzone 83, die unterhalb der Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers
ausgebildet ist und die sich an die Driftzone 14 anschließt. Zwischen dieser
Halbleiterzone 83 und der Driftzone 14 ist ein pn-Übergang
gebildet. Die p-dotierte Zone 83 ist mit der Source-Zone 30 kurzgeschlossen,
wie dies in 4 schematisch
dargestellt ist.
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Die Gräben 60, 61, 62 erstrecken
sich in dem Ausführungsbeispiel
in vertikaler Richtung bis weit unterhalb der p-dotierten Zone 20 um so die
zwischen den enger benachbarten Gräben 60, 61 angeordnete
Durchbruchstruktur von dem in der Body-Zone 20 bei angesteuerter
Elektrode 42 ausgebildeten Kanal abzuschirmen.
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Die Ausdehnung der p-dotierten Zone 83 in vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers
kann variieren, um dadurch die Durch bruchspannung der in Source-Drain-Richtung
in Durchlassrichtung bzw. in Drain-Source-Richtung in Sperrrichtung
betriebenen Diode, deren Schaltsymbol in den 4 und 5 schematisch
eingezeichnet ist, zu variieren. Dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 befindet sich der pn-Übergang
etwa auf halber Höhe
der Gräben 60, 61 unterhalb
der Gate-Elektrode 42, während bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 der pn-Übergang
knapp oberhalb der Grabenenden und auch unterhalb der Gate-Elektrode 42 liegt.
Die Driftzone 12 kann bei diesem Ausführungsbeispiel im Anschluss an
die p-dotierte Zone 83 der Durchbruchstruktur stärker dotiert
sein als in den übrigen
Bereichen der Driftzone 12.
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Wesentlich ist auch bei diesem Bauelement, dass
die Durchbruchspannung der Durchbruchstruktur geringer ist als die
Durchbruchstruktur der Body-Diode, so dass ein Spannungsdurchbruch
immer zuerst an der für
größere Ströme ausgelegten
Durchbruchstruktur auftritt. Die Durchbruchspannung ist dabei über den
Abstand der p-dotierten Zone 83 zu der stark n-dotierten Drain-Zone 12 einstellbar,
wobei die Durchbruchspannung mit kleiner werdendem Abstand abnimmt.