DE19842475A1

DE19842475A1 - Halbleiterstruktur mit Kontaktierung

Info

Publication number: DE19842475A1
Application number: DE19842475A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bartsch; Heinz Mitlehner; Dietrich Stephani
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-04-06
Also published as: WO2000016402A1

Abstract

Die Halbleiterstruktur besteht aus einem ersten Halbleitergebiet (2) eines vorgegebenen Leitungstyps, innerhalb dessen mehrere vergrabene Inselgebiete (3) sowie ein von den Inselgebieten (3) räumlich abgesetztes, ebenfalls vergrabenes Inselkontaktgebiet (6) jeweils mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halbleitergebiets (2) entgegensetztem Leitungstyp angeordnet sind. Die Inselgebiete (3) sind untereinander und mit dem Inselkontaktgebiet (6) elektrisch leitend verbunden, Es sind in dem ersten Halbleitergebiet (2) Kontaktlöcher (70) vorgesehen, die bis zum Inselkontaktgebiet (6) reichen. Die Kontaktlöcher (70) dienen der ohmschen Kontaktierung des Inselkontaktgebietes (6) und damit auch der der Inselgebiete (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterstruktur mit Kontaktie rung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Halbleiter struktur, welche mehrere innerhalb eines ersten Halbleiter gebiets vergrabene Inselgebiete umfaßt.

Aus der WO 97/23911 A1 ist eine Halbleitervorrichtung be kannt, in der ein Stromfluß zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode gesteuert wird. Insbesondere wird der Strom ein- und ausgeschaltet oder auch auf einen maximalen Wert be grenzt. Die Halbleitervorrichtung besteht zum größten Teil aus einem ersten Halbleitergebiet eines vorgegebenen Lei tungstyps. In einer speziellen Ausführungsform wird ein n-leitendes erstes Halbleitergebiet verwendet. Zur Strom steuerung besitzt die Halbleitervorrichtung innerhalb dieses ersten Halbleitergebiets mindestens ein laterales Kanalge biet, wobei unter lateral hierbei eine Richtung parallel zu einer Oberfläche des ersten Halbleitergebiets zu verstehen ist. Unter vertikal ist demgemäß dann eine senkrecht zur Oberfläche verlaufende Richtung zu verstehen. Das laterale Kanalgebiet wird durch mindestens einen p-n-Übergang, ins besondere durch die Verarmungszone (Zone mit Verarmung an Ladungsträger und damit hohem elektrischen Widerstand; Raum ladungszone) dieses p-n-Übergangs, begrenzt. Die Ausdehnung dieser Verarmungszone kann unter anderem auch durch eine Steuerspannung eingestellt werden. Der p-n-Übergang ist zwischen dem ersten Halbleitergebiet und einem vergrabenen p-leitenden Inselgebiet gebildet. Das vergrabene Inselgebiet übernimmt die Abschirmung der ersten Elektrode gegenüber dem hohen elektrischen Feld in Sperrichtung. Wegen seiner dies bezüglich vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere wegen der hohen Durchbruchfestigkeit, wird als bevorzugtes Material für die Halbleitervorrichtung Siliciumcarbid (SiC) eingesetzt. Zur Steuerung des lateralen Kanalgebiets kann es notwendig werden, das vergrabene Inselgebiet auf ein bestimmtes oder gegebenenfalls variables Potential zu legen. In der WO 97/23911 A1 ist jedoch nicht ausgeführt, wie eine entspre chende Kontaktierung des vergrabenen Inselgebiets vorzunehmen ist.

In der US 5,543,637 ist eine weitere Halbleitervorrichtung beschrieben, die ein erstes Halbleitergebiet mit einem ver grabenen Inselgebiet entgegengesetzten Leitungstyps sowie zwei Elektroden und einer Steuerelektrode umfaßt. Die durch die Steuerelektrode und das vergrabene Inselgebiet hervor gerufenen Verarmungszonen bilden wieder ein Kanalgebiet, in dem ein zwischen den beiden Elektroden fließender Strom ge steuert wird. Die Steuerelektrode ist dabei entweder als Schottky-Kontakt oder als MOS-Kontakt ausgeführt. Als Halb leitermaterial wird 3C-, 6H- oder 4H-Siliciumcarbid verwen det. Außerdem ist eine Halbleiterstruktur offenbart, die sich aus mehreren Halbleiterzellen, die in ein gemeinsames Sili ciumcarbid-Substrat integriert sind, zusammensetzt. Die Halb leiterzellen entsprechen dabei jeweils den beschriebenen Halbleitervorrichtungen. Sie sind parallelgeschaltet. Die einzelnen vergrabenen Inselgebiete der jeweiligen Halbleiter zellen können dabei als ein einziges vergrabenes Inselgebiet aufgefaßt werden. Die US 5,543,637 offenbart jedoch nicht, wie die Inselgebiete miteinander verbunden sind, und auch nicht, wie die gegebenenfalls miteinander verbundenen Insel gebiete von außen kontaktiert werden können.

Aus dem Aufsatz "Trapezoidal-Groove Schottky-Gate Vertical-Chan nel GaAs (GaAs Static Induction Transistor)", von P. M. Campbell et al., aus IEEE Electron Device Letters, Vol. 6, No. 6, June 1985, Seiten 304 bis 306, sowie aus der DE 94 11 601.6 U1 sind strombegrenzende Halbleiterstrukturen bekannt, die eine einzige erste Elektrode auf einer Ober fläche eines n-leitenden Halbleitergebiets und mehrere darunter innerhalb des n-leitenden Halbleitergebiets ver grabene p-leitende Inselgebiete, die untereinander verbunden sind, umfaßt. Als Halbleitermaterial wird in dem Aufsatz Galliumarsenid und in dem Gebrauchsmuster Siliciumcarbid genannt. Der Strom kann bei diesen bekannten Halbleiter strukturen jeweils über vertikale Kanäle, die sich zwischen den vergrabenen Inselgebieten befinden, gesteuert werden. Die Kontaktierung der miteinander verbundenen vergrabenen Insel gebiete erfolgt jeweils über ein p-leitendes Inselkontakt gebiet am Rand der Halbleiterstruktur, wo das Material des n-leitenden Halbleitergebiets bis auf Höhe der vergrabenen Inselgebiete großflächig abgetragen ist.

Mit der DE 298 01 945.0 U1 wird eine Halbleiterstruktur bestehend aus mehreren zusammengeschalteten einzelnen Halb leiterzellen offenbart, wobei die Einzelzellen jeweils die im Zusammenhang mit der WO 97/23911 A1 beschriebene Form der Halbleitervorrichtung annehmen können. Die Halbleiterstruktur dient wieder zur Steuerung bzw. Begrenzung eines Stromflus ses. Die p-leitenden vergrabenen Inselgebiete der Halbleiter zellen sind über p-leitende Verbindungsstege elektrisch lei tend miteinander verbunden. Am Rand oder in einem Innen bereich der Halbleiterstruktur erfolgt ein relativ großflä chiger Materialabtrag des n-leitenden Halbleitergebiets bis auf Höhe der vergrabenen Inselgebiete. Dadurch wird ein groß flächiges p-leitendes Inselkontaktgebiet freigelegt, das mit den vergrabenen Inselgebieten der Halbleiterzellen elektrisch verbunden ist. Die vergrabenen Inselgebiete können somit über dieses Inselkontaktgebiet elektrisch kontaktiert werden.

Bei einem großflächigen Materialabtrag, beispielsweise durch einen Ätzprozeß, besteht immer die Möglichkeit, daß der Mate rialabtrag nicht nur bis zu dem vergrabenen Inselkontakt gebiet, sondern zumindest stellenweise auch über das vergra bene Inselkontaktgebiet hinaus bis in den darunterliegenden Bereich des n-leitenden Halbleitergebiets erfolgt. Dadurch verliert die Halbleiterstruktur jedoch ihr Sperrvermögen und wird damit unbrauchbar. Deshalb ist der großflächige Mate rialabtrag im Rahmen einer äußerst genauen Tiefätzung vor zunehmen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Halb leiterstruktur der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die eine mit einfachen und gleichzeitig technologisch zuverläs sigen Mitteln realisierbare Kontaktierung der vergrabenen Inselgebiete ermöglicht. Insbesondere soll bei der Herstel lung der Halbleiterstruktur keine hohe, die Kontaktierung betreffende Toleranzforderung beachtet werden müssen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Halbleiterstruktur entspre chend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 an gegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur mit Kontak tierung handelt es sich um eine Halbleiterstruktur, welche

a) mehrere innerhalb eines ersten Halbleitergebiets vorge gebenen Leitungstyps (n oder p) vergrabene Inselgebiete mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halbleiter gebiets entgegengesetztem Leitungstyp (p oder n) und
b) mindestens ein von den vergrabenen Inselgebieten räumlich abgesetztes, innerhalb des ersten Halbleitergebiets ver grabenes Inselkontaktgebiet mit gleichem Leitungstyp (p oder n) wie der der Inselgebiete umfaßt, wobei
c) die vergrabenen Inselgebiete untereinander und mit dem Inselkontaktgebiet elektrisch leitend verbunden sind und
d) in das erste Halbleitergebiet bis zum Inselkontaktgebiet hineinreichende Kontaktlöcher vorgesehen sind.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß sich das Inselkontaktgebiet über mehrere Kontaktlöcher innerhalb des ersten Halbleitergebiets einfacher und auch technologisch zuverlässiger kontaktieren läßt als über einen großflächigen Materialabtrag des ersten Halbleitergebiets. Da jedes der einzelnen Kontaktlöcher für sich genommen eine wesentlich kleinere Fläche umfaßt als ein einziger großflächig frei gelegter Kontaktbereich wie beim Stand der Technik (DE 298 01 945 .0 U1), ist die Gefahr eines zu tiefen Material abtrags deutlich reduziert. Die Ebene des Ätzfortschritts innerhalb des ersten Halbleitergebiets verläuft nämlich nicht notwendigerweise exakt parallel zu einer Oberfläche des ersten Halbleitergebiets. Im allgemeinen wird diese Ebene des Ätzfortschritts vielmehr einen gewissen Neigungswinkel gegen über der Oberfläche aufweisen. Bei einem großflächigen Mate rialabtrag kann dann die Ebene des Ätzfortschritts quer durch das Inselkontaktgebiet verlaufen und im ungünstigsten Fall auch bis zu dem darunterliegenden Bereich des ersten Halb leitergebiets reichen. Bei den wesentlich kleineren Ätzfläche der hier vorgesehenen Kontaktlöcher besteht diese Gefahr je doch nicht. Ein großflächiger Materialabtrag ist deshalb stets im Rahmen einer äußerst genauen Tiefätzung mit streng einzuhaltenden Toleranzforderungen vorzunehmen. Aus den oben genannten Gründen entfallen diese strengen Toleranzforderun gen bei einer Kontaktierung über mehrere Kontaktlöcher.

Durch die Maßnahme, mehrere Kontaktlöcher vorzusehen, ist insgesamt eine gute ohmsche Kontaktierung des Inselkontakt gebiets erreichbar. Selbst wenn aufgrund normaler Schwankun gen beim Ätzvorgang das eine oder andere Kontaktloch nicht tief genug ausgebildet sein sollte, wird dies durch die übri gen Kontaktlöcher mit ausreichender Lochtiefe kompensiert, so daß das Inselkontaktgebiet insgesamt gesehen sicher kontak tierbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen An sprüchen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kontaktlöcher mit einem schrägen seitlichen Rand ausgebildet. Der schräge seitliche Rand der Kontaktlöcher grenzt an das erste Halb leitergebiet an. Eine erste Steuerelektrode, die zur ohmschen Kontaktierung des Inselkontaktgebiets in die Kontaktlöcher eingebracht wird, kommt an diesem seitlichen Rand mit dem ersten Halbleitergebiet in Berührung. Da ein Kurzschluß des ersten Halbleitergebiets und des Inselkontaktgebiets gegebe nenfalls nicht erwünscht ist, sieht eine vorteilhafte Aus gestaltung eine elektrische Isolation (Ladungsträgerbarriere) an diesem seitlichen Begrenzungsrand zum ersten Halbleiter gebiet vor.

Die elektrische Isolation kann dabei als Isolationsschicht, insbesondere als Oxidschicht, oder auch als p-n-Übergang aus gebildet sein. Die Schräge des seitlichen Rands erleichtert hierbei die Herstellung einer derartigen Schicht erheblich. Für die Isolationsschicht wird vorzugsweise das Dielektrikum Siliciumdioxid (SiO₂) verwendet, das insbesondere thermisch gewachsen wird. Thermisches Oxid weist hervorragende Isola tionseigenschaften auf und kann insbesondere auch auf Sili ciumcarbid (SiC) durch Trocken- oder Naßoxidation bei Tempe raturen über 1000°C erzeugt werden. Der alternativ zu der Oxidschicht ebenfalls mögliche p-n-Übergang wird vorteilhaft durch Implantation von Ladungsträgern insbesondere mit hoher Dosis hergestellt. Dadurch entsteht an dem seitlichen Rand eine Halbleiterschicht mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halbleitergebiets entgegengesetztem Leitungstyp und als Folge die erwünschte elektrische Isolation in Form eines p-n-Übergangs.

In einer weiteren vorteilhaften Variante der Halbleiterstruk tur ist am Boden der Kontaktlöcher eine hochdotierte Schicht mit gleichem Leitungstyp wie der des Inselkontaktgebiets vor gesehen. Dadurch erhält man eine sehr niederohmige Anbindung der ersten Steuerelektrode an das Inselkontaktgebiet. Die hochdotierte Schicht am Boden der Kontaktlöcher läßt sich insbesondere zusammen mit der obengenannten Halbleiterschicht an den seitlichen Rändern der Kontaktlöcher in einem einzigen Verfahrensschritt z. B. mittels Ionenimplantation erzeugen.

Weitere Ausführungsformen beziehen sich auf die Gestalt des Inselkontaktgebiets. Es kann insbesondere flächig ausgeführt sein. Bevorzugt sind eine rechteckige oder auch eine kreis förmige Ausbildung des flächigen Inselkontaktgebiets. Andere flächige Geometrieformen sind jedoch ebenfalls möglich. Eine Anordnung des Inselkontaktgebiets in einem zentralen Bereich der Halbleiterstruktur ist besonders vorteilhaft. Durch die Anordnung im Zentrum wird nämlich erreicht, daß die Insel gebiete mit möglichst einheitlichem und auch möglichst nie drigem Widerstand an das Inselkontaktgebiet angeschlossen sind. Eine Positionierung des Inselkontaktgebiets an einem Randbereich der Halbleiterstruktur führt demgegenüber bei Anlegen eines Steuerpotentials an die erste Steuerelektrode zu einem unerwünschten, deutlichen Spannungsabfall in der Mitte der Halbleiterstruktur. Dieser stellt sich als Folge des Widerstandsnetzwerks der Querwiderstände der miteinander verbundenen Inselgebiete ein. Daraus resultiert eine ver schlechterte Steuerbarkeit an entfernt vom Inselkontaktgebiet gelegenen Inselgebieten. Je weiter Inselkontaktgebiet und ein bestimmtes Inselgebiet voneinander entfernt liegen, desto höher ist der Anschlußwiderstand des betreffenden Inselge biets. Eine zentrale Positionierung des Inselkontaktgebiets bietet somit Vorteile, um im Durchschnitt möglichst niedrige Anschlußwiderstände für die einzelnen Inselgebiete zu errei chen.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Inselkontaktgebiet streifenförmig ausgebildet. Dadurch läßt sich das Insel kontaktgebiet im Hinblick auf möglichst einheitliche und niedrige Anschlußwiderstände der Inselgebiete auf der Halb leiterstruktur positionieren. Die streifenförmige Ausfüh rungsform des Inselkontaktgebiets kann dabei geschlossene Formen, wie etwa die eines Kreisrings oder auch die eines Rechteckrings, annehmen. Es gibt jedoch auch eine Ausgestal tung mit offener Streifenstruktur. Hierbei nimmt das Insel kontaktgebiet insbesondere eine mäanderförmige Gestalt an.

In einer bevorzugten Variante setzt sich die Halbleiterstruk tur aus vielen, insbesondere identischen, Halbleiterzellen zusammen. Bevorzugt ist dabei jeder Halbleiterzelle eines der Inselgebiete zugeordnet.

Die folgenden Ausgestaltungen betreffen die Ausbildung der genannten Halbleiterzellen, aus denen sich die Halbleiter struktur zusammensetzt.

In einer Ausgestaltung beinhaltet eine solche Halbleiterzelle ein Kontaktgebiet, das innerhalb des ersten Halbleitergebiets an einer Oberfläche desselben angeordnet ist. Insbesondere ist dieses Kontaktgebiet gerade über dem vergrabenen Insel gebiet angeordnet. Das Kontaktgebiet dient dann insbesondere der ohmschen Kontaktierung des ersten Halbleitergebiets über eine auf der Oberfläche des Kontaktgebiets angebrachte erste Elektrode.

In einer weiteren Ausgestaltung umfaßt das erste Halbleiter gebiet ein Kanalgebiet, in dem ein elektrischer Strom beein flußt, insbesondere begrenzt oder geschaltet wird. Das Kanal gebiet ist dazu als Teil eines Pfads des Stroms, der zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode durch die Halbleiterzelle fließt, ausgebildet. Die Beeinflussung des Stroms innerhalb des Kanalgebiets erfolgt dabei über wenig stens eine Verarmungszone. Eine der Verarmungszonen, die das Kanalgebiet begrenzen, ist dabei durch den p-n-Übergang zwi schen dem ersten Halbleitergebiet und dem vergrabenen Insel gebiet gebildet. Über Anlegen eines Steuerpotentials an die erste Steuerelektrode wird die Verarmungszone des p-n-Über gangs zwischen dem ersten Halbleitergebiet und dem Insel gebiet jeder Halbleiterzelle verändert. Gleichzeitig wird damit der elektrische Widerstand des Kanalgebiets gesteuert.

In einer anderen Ausgestaltung ist eine weitere Verarmungs zone am Kanalgebiet vorgesehen, die durch einen p-n-Übergang zwischen dem ersten Halbleitergebiet und einem zweiten Halb leitergebiet mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halb leitergebiets entgegengesetztem Leitungstyp gebildet wird. Das zweite Halbleitergebiet ist an der Oberfläche innerhalb des ersten Halbleitergebiets angeordnet.

Eine weitere Ausgestaltung sieht die ohmsche Kontaktierung des zweiten Halbleitergebiets mit einer zweiten Steuerelek trode vor. Durch Anlegen einer Steuerspannung an die zweite Steuerelektrode läßt sich die Ausdehnung der Verarmungszone des p-n-Übergangs zwischen erstem und zweitem Halbleiter gebiet steuern. Da die Verarmungszone aufgrund der Verarmung an freien Ladungsträgern eine prinzipiell niedrigere Strom tragfähigkeit als das übrige zweite Halbleitergebiet auf weist, wird mit der Ausdehnung der Verarmungszone auch der elektrische Widerstand des Kanalgebiets verändert.

Die Wirkungsweise der Halbleiterzellen wird insbesondere durch das genannte Kanalgebiet, das durch Verarmungszonen begrenzt ist, bestimmt. Außer der genannten Begrenzung des Kanalgebiets durch den p-n-Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleitergebiet sind auch andere Varianten zur Ausbildung einer geeigneten Verarmungszone vorstellbar. Bei spielsweise kann eine solche ladungsträgerarme Zone auch über einen Schottky- oder über einen MOS-Kontakt erzeugt werden. Das zweite Halbleitergebiet kann auch ohne zweite Steuerelek trode ausgeführt oder auch gemeinsam mit dem Kontaktgebiet über die erste Steuerelektrode ohmsch kontaktiert sein.

In einer bevorzugten Variante sind alle Halbleiterzellen der Halbleiterstruktur elektrisch parallelgeschaltet. Vorteilhaft sind dazu die erste und die zweite Elektrode aller Halblei terzellen jeweils als eine gemeinsame Elektrode ausgebildet. Die beiden gemeinsamen Elektroden befinden sich bevorzugt an gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterstruktur. Auch die zweiten Steuerelektroden der Halbleiterzellen sind elektrisch leitend miteinander verbunden, wodurch sich die Halbleiterzellen gemeinsam steuern lassen. Die elektrische Verbindung zwischen den zweiten Steuerelektroden der einzel nen Halbleiterzellen erfolgt bevorzugt über eine netzartige Struktur aus einem elektrisch leitfähigen Material. Diese Netzstruktur ist insbesondere durch eine Isolationsschicht, vorzugsweise aus einem Oxid, von der ersten Elektrode elek trisch isoliert.

Weiterhin gibt es eine Ausführungsform, bei der die erste und die zweite Steuerelektrode elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dadurch lassen sich sowohl die durch die zweiten Halbleitergebiete als auch die durch die vergrabenen Inselgebiete hervorgerufenen Verarmungszonen am Rand der Kanalgebiete der Halbleiterzellen gemeinsam über ein einziges Steuerpotential beeinflussen. Die elektrisch leitende Verbin dung zwischen den beiden Steuerelektroden kann dabei sowohl Bestandteil der Halbleiterstruktur sein; sie kann jedoch auch über eine externe Beschaltung realisiert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Halblei terstruktur wenigstens teilweise aus einem Halbleitermate rial, das einen Bandabstand von wenigstens 2 eV aufweist. Beispiele für ein solches Halbleitermaterial sind Diamant, Galliumnitrid (GaN) oder Indiumphosphid (InP) und Silicium carbid (SiC). Vor allem letzteres eignet sich aufgrund der extrem niedrigen intrinsischen Ladungsträgerkonzentration (Ladungsträgerkonzentration ohne Dotierung) und des sehr geringen Durchlaßverlusts besonders gut. Eine niedrige intrinsische Ladungsträgerkonzentration begünstigt den bei manchen Ausführungsformen erwünschten Effekt der Ladungs speicherung. Die genannten Halbleiter weisen außerdem eine im Vergleich zu dem "Universalhalbleiter" Silicium deutlich höhere Durchbruchsfestigkeit auf, so daß die Halbleiter struktur bei einer höheren Spannung eingesetzt werden kann. Das bevorzugte Halbleitermaterial ist Siliciumcarbid (SiC), insbesondere einkristallines Siliciumcarbid vom 3C- oder 4H- oder 6H- oder 15R-Polytyp, da SiC überragende elektronische und thermische Eigenschaften besitzt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeich nung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Halbleiterstruktur aus mehreren Halblei terzellen mit vergrabenem Inselgebiet und Kontaktierung dieses Inselgebiets,

Fig. 2 eine Halbleiterzelle der Halbleiterstruktur gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 bis 7 Anordnungen des Inselkontaktgebiets innerhalb der Halbleiterstruktur gemäß Fig. 1.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Halbleiterstruktur 200 umfaßt ein erstes Halbleitergebiet 2 vom n-Leitungstyp (Elektronenlei tung). Die Halbleiterstruktur 200 setzt sich aus mehreren Halbleiterzellen 100 zusammen. Diese beinhalten jeweils ein vergrabenes Inselgebiet 3 vom p-Leitungstyp (Löcherleitung), das vom ersten Halbleitergebiet 2 umschlossen wird. Das ver grabene Inselgebiet 3 ist unterhalb einer Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets angeordnet und verläuft wenigstens an seiner der Oberfläche 20 zugewandten Seite lateral, d. h. im wesentlichen parallel zur Oberfläche 20. Als Halbleiter material wird SiC verwendet. Bevorzugte Dotierstoffe für SiC sind Bor und Aluminium für die p-Dotierung und Stickstoff für die n-Dotierung.

In einem von den Halbleiterzellen räumlich abgesetzten Be reich 150 der Halbleiterstruktur 200 ist mindestens ein Inselkontaktgebiet 6 innerhalb des ersten Halbleitergebiets 2 angeordnet. Das Inselkontaktgebiet 6 befindet sich vorzugs weise auf gleicher Höhe wie die vergrabenen Inselgebiete 3 der Halbleiterzellen 100. Es ist ebenfalls p-leitend. Die Inselgebiete 3 der Halbleiterzellen 100 und das Inselkontakt gebiet 6 sind untereinander über p-leitende Verbindungsstege 36 elektrisch leitend verbunden. Dadurch entsteht ein Netz werk von p-leitenden Bereichen, das innerhalb des ersten Halbleitergebiets 2 vergraben ist.

Vorzugsweise werden die vergrabenen Inselgebiete 3, das Inselkontaktgebiet 6 und die Verbindungsstege 36 in einem gemeinsamen Prozeßschritt durch Ionenimplantation von Dotier stoffteilchen in das erste Halbleitergebiet 2 erzeugt. Zur Herstellung des Halbleitergebiets 2, der Inselgebiete 3 und des Inselkontaktgebiets 6 können aber auch ein epitaktisches Wachstum entsprechender Halbleiterschichten und ein anschlie ßendes Strukturieren dieser Schichten vorgesehen werden. Die Herstellung des Inselkontaktgebiets 6 erfordert somit vor teilhafterweise keinen gesonderten Prozeßschritt.

Das Inselkontaktgebiet 6 ist über eine erste Steuerelektrode 30 ohmsch kontaktiert. Dazu sind in dem ersten Halbleiter gebiet 2 mehrere Kontaktlöcher 70 vorgesehen, die bis zu dem Inselkontaktgebiet 6 reichen. Die Kontaktlöcher 70 sind dabei insbesondere mit einem schrägen seitlichen Rand ausgebildet. Ein Neigungswinkel Φ dieser Schräge ist typischerweise größer gleich 45°. Die Kontaktlöcher 70 werden vorzugsweise über einen Trockenätzprozeß hergestellt. Sie weisen einen recht eckförmigen oder quadratischen Querschnitt, insbesondere mit einer Seitenlänge von etwa 10 µm, auf. Dies ist jedoch keine prinzipielle Einschränkung, da andere Seitenlängen ebenfalls möglich sind. Sowohl die Inselgebiete 3 als auch das Insel kontaktgebiet 6 befinden sich innerhalb des ersten Halblei tergebiets 2 in einer Tiefe von vorzugsweise zwischen etwa 1 und 5 um. Die Tiefe ist dabei abhängig von einer Sperrspan nung, für die die Halbleiterstruktur 200 ausgelegt ist. Ent sprechend ist auch die Ätztiefe der Kontaktlöcher 70 auf 1 bis 5 µm zuzüglich einer Sicherheitsreserve von etwa +0,1 bis +0,2 µm eingestellt. Die Sicherheitsreserve gewährleistet, daß zumindest einige der Kontaktlöcher 70 auch tatsächlich bis an das Inselkontaktgebiet 6 heranreichen. Andererseits ist die Sicherheitsreserve auch nicht zu groß zu wählen, um zu verhindern, daß die Kontaktlöcher 70 über das Inselkon taktgebiet 6 hinausgehen. Das Inselkontaktgebiet 6 ist dabei mit einer Dicke von ≧0,5 µm ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, daß bei dem Ätzvorgang das Inselkontaktgebiet 6 nicht komplett abgetragen und der darunterliegende Bereich des ersten Halbleitergebiets 2 freigelegt wird.

Mittels Ionenimplantation mit hoher Dosis, insbesondere ≧3.10¹³.cosΦ/cm², wird an dem schrägen seitlichen Rand der Kontaktlöcher 70 eine p-leitende Halbleiterschicht 71 und an dem Boden der Kontaktlöcher eine hochdotierte p-leitende Schicht 72 erzeugt. Die p-leitende Halbleiterschicht 71 dient dabei als Ladungsträgerbarriere (elektrische Isolation) zwi schen dem ersten Halbleitergebiet 2 und der ersten Steuer elektrode 30, die sich bis zum Boden der Kontaktlöcher 70 erstreckt. Die hochdotierte Schicht 72 am Boden der jeweili gen Kontaktlöcher 70 dient dagegen einer möglichst nieder ohmigen Anbindung der ersten Steuerelektrode 30 an das Insel kontaktgebiet 6. Die als Ladungsträgerbarriere fungierende Halbleiterschicht 71 erstreckt sich auch außerhalb der Kon taktlöcher 70 an der Oberfläche 20 des ersten Halbleiter gebiets, um einen elektrischen Kontakt des ersten Halbleiter gebiets 2 mit der Steuerelektrode 30 auch in diesen Bereich zu verhindern.

An der Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets 2 sind in den Halbleiterzellen 100 weitere Halbleitergebiete vorge sehen. Ein Kontaktgebiet zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleitergebiets 2 ist mit 5, und ein p-leitendes zweites Halbleitergebiet mit 4 bezeichnet. Das zweite Halb leitergebiet 4 ist über eine zweite Steuerelektrode 40 und das Kontaktgebiet 5 über eine erste Elektrode 50 ohmsch kon taktiert. Die erste Elektrode 50 und die zweite Steuerelek trode 40 sind durch eine Isolationsschicht 11 aus thermisch gewachsenem Siliciumdioxid (SiO₂) elektrisch voneinander isoliert. An einer der Oberfläche 20 abgewandten Seite des ersten Halbleitergebiets 2 ist eine zweite Elektrode 60 angeordnet.

Die erste und zweite Elektrode 50 bzw. 60 sind jeweils als allen Halbleiterzellen 100 gemeinsame Elektrode ausgebildet. Auch die zweiten Steuerelektroden 40 der einzelnen Halblei terzellen 100 sind untereinander elektrisch leitend verbun den. Dies geschieht über eine in Fig. 1 nicht explizit dar gestellte netzartige, elektrisch leitfähige Struktur.

Die erste Steuerelektrode 30 ist von einer kontaktfreien Zone 80 komplett umgeben, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektrode 30 und der ersten Elektrode 50 unterbunden wird. Die erste Steuerelektrode 30 kann sowohl zusammen mit der zweiten Steuerelektrode 40 als auch zusammen mit der ersten Elektrode 50 in einem gemeinsamen Prozeß schritt aufgebracht werden. Die kontaktfreie Zone 80 wird dann nachträglich über einen maskierten Materialabtrag des in diesem Bereich unerwünschten leitfähigen Materials herge stellt.

Als Material für die beiden Elektroden 50 und 60 sowie für die beiden Steuerelektroden. 30 bzw. 40 kommt Polysilicium oder ein Metall, vorzugsweise Nickel (Ni), Aluminium (Al), Tantal (Ta), Titan (Ti) oder Wolfram (W), in Frage.

Die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterstruktur 200 dient ins besondere der Steuerung eines Stroms, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 50 bzw. 60 fließt. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 wird auf das Steuerverhalten näher eingegangen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer der Halbleiter zellen 100, aus denen sich die Halbleiterstruktur 200 gemäß Fig. 1 zusammensetzt, dargestellt. Andere Ausführungsbei spiele einer Halbleiterzelle 100 mit vergrabenem Inselgebiet 3 zum Aufbau der Halbleiterstruktur 200 sind jedoch ebenfalls möglich.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Halbleiterzelle 100 besteht das erste Halbleitergebiet 2 aus einem n-leitenden Substrat 27 und einer darauf angeordneten, epitaktisch aufgewachsenen, ebenfalls n-leitenden Halbleiterschicht 26. Im allgemeinen weist sie eine niedrigere Ladungsträgerkonzentration als das Substrat 27 auf.

Die vertikale, d. h. senkrecht zur Oberfläche 20 verlaufende, Ausdehnung des vergrabenen Inselgebiets 3 beträgt insbeson dere zwischen 0,1 µm und 1,0 µm. Die laterale Ausdehnung des vergrabenen Inselgebiets 3 parallel zur Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets 2 im dargestellten Querschnitt liegt zwischen 10 µm und 30 µm.

An der Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets 2 ist gemäß Fig. 2 das Kontaktgebiet 5 angeordnet. Das Kontaktgebiet 5 ist n-leitend und höher dotiert als das erste Halbleiter gebiet 2. Die laterale Ausdehnung des Kontaktgebiets 5 ist in allen Richtungen parallel zur Oberfläche 20 des ersten Halb leitergebiets 2 kleiner als die laterale Ausdehnung des darunterliegenden, vergrabenen Inselgebiets 3. Üblicherweise liegt die laterale Ausdehnung des Kontaktgebiets zwischen 6 µm und 28 µm.

Das vergrabene Inselgebiet 3 und das Kontaktgebiet 5 sind relativ zueinander so angeordnet, daß in einer Projektion senkrecht zur Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets 2 die Projektion des Kontaktgebiets 5 vollständig innerhalb der Projektion des vergrabenen Inselgebiets 3 liegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fließt ein Strom I zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 50 bzw. 60 durch die Halbleiterzelle 100.

Außerhalb des Kontaktgebiets 5 ist das an die Oberfläche 20 angrenzende, p-leitende zweite Halbleitergebiet 4 angeordnet. Es bildet mit dem ersten Halbleitergebiet einen p-n-Übergang, dessen Verarmungszone (Raumladungszone, Zone mit Verarmung an Ladungsträgern) hier als erste Verarmungszone 24 bezeichnet wird. Außerdem ist zwischen dem ersten Halbleitergebiet 2 und dem vergrabenen Inselgebiet 3 ist ein weiterer p-n-Übergang gebildet, dessen Verarmungszone hier als zweite Verarmungs zone 23 bezeichnet wird. Die zweite Verarmungszone 23 umgibt das gesamte vergrabene Inselgebiet 3. Beide Verarmungszonen 23 und 24 sind gestrichelt in Fig. 2 eingezeichnet.

Die erste und zweite Verarmungszone 23 bzw. 24 begrenzen ein Kanalgebiet 22, das innerhalb des ersten Halbleitergebiets 2 liegt und Teil des Strompfads zwischen der ersten und zweiten Elektrode 50 bzw. 60 ist. Das zweite Halbleitergebiet 4 und das vergrabene Inselgebiet 3 sind so angeordnet, daß sich die beiden Verarmungszonen 23 und 24 in einer Projektion auf die Oberfläche 20 des ersten Halbleitergebiets 2 an ihren seit lichen Rändern überlappen. Das Kanalgebiet ist gerade inner halb dieses Überlappungsbereichs angeordnet. Typischerweise beträgt die Länge des Kanalgebiets 22 zwischen 1 µm und 5 µm.

Die vertikale Ausdehnung des Kanalgebiets 22 liegt zwischen 0,1 µm und 1 µm. Da die sich in das Kanalgebiet 22 er streckenden beiden Verarmungszonen 23 und 24 durch die starke Verarmung an Ladungsträgern einen wesentlich höheren elektri schen Widerstand als das erste Halbleitergebiet 2 aufweisen, ist im wesentlichen nur der Innenbereich des Kanalgebiets 22 stromtragfähig.

Das Kanalgebiet bestimmt maßgeblich das Verhalten der gesam ten Halbleiterzelle 100. Bei einer Ausbildung als Strom begrenzer hängt das Verhalten bei zwischen erster und zweiter Elektrode 50 bzw. 60 anliegender Betriebsspannung in Durch laßrichtung (Vorwärtsrichtung) von dem durch die Halbleiter zelle 100 fließenden elektrischen Strom I ab. Mit steigendem Strom I wächst der Vorwärtsspannungsabfall zwischen den bei den Elektroden 50 und 60. Dies führt zu einer Vergrößerung der Verarmungszonen 23 und 24 und zu einer mit einer ent sprechenden Widerstandserhöhung verbundenen Verminderung des Querschnitts im Kanalgebiet 22. Bei Erreichen eines bestimm ten kritischen Stromwertes (Sättigungsstrom) berühren sich die beiden Verarmungszonen 23 und 24 und schnüren das Kanal gebiet 22 vollständig ab. Bei einer Ausbildung der Halblei terzelle 100 als Schalter wird das Kanalgebiet 22 in ähnli cher Weise durch ein Steuerpotential an der zweiten Steuer elektrode 40 auf- und zugeschaltet.

Die Fig. 3 bis 7 zeigen allesamt Ausführungsbeispiele für eine Anordnung des Inselkontaktgebiets 6 innerhalb der Halb leiterstruktur 200 gemäß Fig. 1. Dargestellt sind dabei jeweils Draufsichten der Halbleiterstruktur 200. Von oben zu erkennen sind dabei jeweils die erste Elektrode 50, die kontaktfreie Zone 80 und die erste Steuerelektrode 30, die das darunterliegende, in den Fig. 3 bis 7 jeweils nicht sichtbare Inselkontaktgebiet 6 ohmsch kontaktiert.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die erste Elektrode 30 als flächiges Rechteck, insbesondere Quadrat, ausgebildet. Das Quadrat hat dabei typischerweise eine Seitenlänge zwi schen 200 und 300 µm. Die erste Steuerelektrode 30 befindet sich außerdem im Zentrum der Halbleiterstruktur 200. Dadurch wird sichergestellt, daß die Inselgebiete 3 der Halbleiter zellen 100 mit möglichst niedrigem und möglichst einheitli chem Anschlußwiderstand, der sich unter anderem auch aus dem Widerstandsnetzwerk der untereinander verbundenen Insel gebiete 3 ergibt, angeschlossen wird.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist eine flächige kreis förmige erste Steuerelektrode 30 vorgesehen. Der Durchmesser der kreisförmigen Steuerelektrode liegt dabei typischerweise zwischen 200 und 300 µm.

Die Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 5 bis 7 unter scheiden sich von denen gemäß Fig. 3 und 4 durch eine strei fenförmige Ausbildung der ersten Steuerelektrode 30 und des darunterliegenden Inselkontaktgebiets 6. Durch diese Strei fenstruktur läßt sich der elektrische Anschlußpunkt für die vergrabenen Inselgebiete 3 der Halbleiterzellen 100 über einen größeren Bereich der Halbleiterstruktur 200 verteilen. Damit ergibt sich ein weiter reduzierter Anschlußwiderstand für die Inselgebiete 3. Die Streifenbreite liegt typischer weise zwischen 7 und 13 µm, insbesondere bei 10 µm. Die sich auf beiden Seiten der Streifenstruktur anschließende kon taktfreie Zone 80 hat jeweils eine Spaltbreite zwischen typi scherweise 1 und 3 µm, insbesondere von 2 µm.

In den Fig. 5 und 6 ist die Steuerelektrode 30 jeweils als geschlossene ringförmige Streifenstruktur ausgebildet, die auf beiden Seiten von der kontaktfreien Zone 80 umgeben ist. Die erste Elektrode 50 wird dadurch in einen außerhalb und einen innerhalb dieser ringförmigen Streifenstruktur liegen den Bereich unterteilt. In Fig. 5 ist ein Rechteckring und in Fig. 6 ein Kreisring als Steuerelektrode 30 vorgesehen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 läßt sich die erste Steuerelektrode 30 auch als offene Streifenstruktur realisie ren. Bevorzugt wird hierbei eine mäanderförmige Struktur, so daß ein möglichst großer Bereich der Oberfläche 20 der Halb leiterstruktur 200 von der ersten Steuerelektrode 30 erfaßt wird.

Claims

1. Halbleiterstruktur mit Kontaktierung umfassend

a) mehrere innerhalb eines ersten Halbleitergebiets (2) vor gegebenen Leitungstyps (n oder p) vergrabene Inselgebiete (3) mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halbleiter gebiets (2) entgegengesetztem Leitungstyp (p oder n) und
b) mindestens ein von den vergrabenen Inselgebieten (3) räumlich abgesetztes, innerhalb des ersten Halbleiter gebiets (2) vergrabenes Inselkontaktgebiet (6) mit glei chem Leitungstyp (p oder n) wie der der Inselgebiete (3), wobei
c) die vergrabenen Inselgebiete (3) untereinander und mit dem Inselkontaktgebiet (6) elektrisch leitend verbunden sind und
d) in das erste Halbleitergebiet (2) bis zum Inselkontakt gebiet (6) hineinreichende Kontaktlöcher (70) vorgesehen sind.

2. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inselkontaktgebiet (6) über eine erste Steuerelektrode (30), die in die Kon taktlöcher (70) hineinreicht, ohmsch kontaktiert ist.

3. Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß an einem an das erste Halbleitergebiet (2) angrenzenden Rand der Kontakt löcher (70) eine elektrische Isolation, insbesondere in Form einer Isolationsschicht, vorzugsweise aus Oxid, oder einer Halbleiterschicht (71) mit gegenüber dem Leitungstyp des ersten Halbleitergebiets (2) entgegengesetztem Leitungstyp (p oder n), vorgesehen ist.

4. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem an das Inselkontaktgebiet (6) angrenzenden Rand der Kontaktlöcher (70) eine hochdotierte Schicht (72) mit gleichem Leitungstyp (p oder n) wie der des Inselkontakt gebiets (6) vorgesehen ist.

5. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inselkontaktgebiet (6) flächig, bevorzugt als Recht eck oder als Kreis, ausgebildet ist und insbesondere in einem zentralen Bereich der Halbleiterstruktur angeordnet ist.

6. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inselkontaktgebiet (6) streifenförmig ausgebildet ist, ins besondere als offene Streifenstruktur, bevorzugt als Mäander, oder als geschlossene Streifenstruktur, bevorzugt als Kreis ring oder als Rechteckring.

7. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrabenen Inselgebiete (3) jeweils einer Halb leiterzelle (100) zugeordnet sind.

8. Halbleiterstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzellen (100) jeweils ein Kontaktgebiet (5) umfassen, das an einer Oberfläche (20) des ersten Halbleitergebiets (2) innerhalb desselben, insbesondere über dem vergrabenen Inselgebiet (3), angeordnet ist und das insbesondere über eine erste Elektrode (50) ohmsch kontaktiert ist.

9. Halbleiterstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzellen (100) jeweils ein als Teil des ersten Halbleitergebiets (2) ausgebildetes Kanalgebiet (22), das seinerseits Teil eines Pfads eines zwischen der ersten Elektrode (50) und einer zweiten Elektrode (60) fließenden Stroms (I) ist, und inner halb dessen der Strom (I) über wenigstens eine Verarmungszone (23, 24) beeinflußbar ist, umfassen.

10. Halbleiterstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Verarmungszonen (24) die Verarmungszone eines p-n-Übergangs ist, der zwischen dem ersten Halbleitergebiet (2) und einem zweiten Halbleitergebiet (4), dessen Leitungstyp gegenüber dem ersten Halbleitergebiets (2) entgegengesetzt (p oder n) ist und das bei den Halbleiterzellen (100) jeweils an einer Oberfläche (20) des ersten Halbleitergebiets (2) innerhalb desselben angeordnet ist, gebildet ist.

11. Halbleiterstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Halbleiterzellen (100) jeweils das zweite Halbleitergebiet (4) mit einer zweiten Steuerelektrode (40) zum Steuern des elektrischen Widerstands im Kanalgebiet (22) ohmsch kontaktiert ist.

12. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ein zelnen Halbleiterzellen (100) elektrisch parallelgeschaltet sind.

13. Halbleiterstruktur nach Anspruch 11 und 12, da durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Halbleiterzellen (100) eine gemeinsame erste Elektrode (50) und eine gemeinsame zweite Elektrode (60) aufweisen, und insbesondere die zweiten Steuerelektroden (40) der einzelnen Halbleiterzellen (100) netzartig elektrisch leitend mitein ander verbunden sind.

14. Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerelektrode (30) des Inselkontaktgebiets (6) und alle zweiten Steuerelektroden (40) der einzelnen Halbleiterzellen (100) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

15. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumcarbid als Halbleitermaterial vorgesehen ist.