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DE102014100883B4 - Halbleitervorrichtungen mit einer Superübergangsstruktur, die eine vertikale Fremdstoffverteilung hat - Google Patents

Halbleitervorrichtungen mit einer Superübergangsstruktur, die eine vertikale Fremdstoffverteilung hat Download PDF

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DE102014100883B4
DE102014100883B4 DE102014100883.9A DE102014100883A DE102014100883B4 DE 102014100883 B4 DE102014100883 B4 DE 102014100883B4 DE 102014100883 A DE102014100883 A DE 102014100883A DE 102014100883 B4 DE102014100883 B4 DE 102014100883B4
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semiconductor device
super junction
zone
conductivity type
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Armin Willmeroth
Franz Hirler
Uwe Wahl
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Infineon Technologies Austria AG
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Superübergang-Halbleitervorrichtung (500), umfassend:eine Fremdstoffschicht (130) eines ersten Leitfähigkeitstyps,die in einem Halbleiterteil (100) mit einer ersten Oberfläche (101) und einer zur ersten Oberfläche (101) parallelen zweiten Oberfläche (102) gebildet ist,eine Superübergangsstruktur mit ersten Säulen (121) des ersten Leitfähigkeitstyps und zweiten Säulen (122) einer zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeit zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Fremdstoffschicht (130), wobei ein Vorzeichen einer Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen (121, 122) sich längs einer vertikalen Ausdehnung der Säulen (121, 122) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101) ändert,eine Bodyzone (115) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der ersten Oberfläche (101) und einer der zweiten Säulen (122) gebildet ist, undeine Feldausdehnungszone (123) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit der Bodyzone (115) verbunden und in der vertikalen Projektion von einer der zweiten Säulen (122) angeordnet ist, wobei eine Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone (123) zwischen 1 × 1012und 5 × 1012cm-2liegt, und wobei eine Nettofremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone (123) höher ist als in der zweiten Säule (122) und kleiner ist als in der Bodyzone (115).

Description

  • HINTERGRUND
  • Ein Halbleiterteil eines Superübergang- beziehungsweise Superjunction-n-FET (Feldeffekttransistor) umfasst eine n-Typ-Drainschicht und eine Driftschicht mit p-dotierten Säulen, die durch n-dotierte Säulen getrennt sind. Im Rückwärts- beziehungsweise Sperrbetrieb erstrecken sich Verarmungszonen zwischen den p-dotierten und n-dotierten Säulen in einer lateralen Richtung derart, dass eine hohe Sperrdurchbruchspannung selbst bei einer hohen Fremdstoffkonzentration in den n-dotierten Säulen erreicht werden kann. Die vertikale Fremdstoffverteilung in den p-dotierten und/oder den n-dotierten Säulen kann sich mit der Entfernung zu der Drainschicht derart ändern, dass die Eigenschaften beziehungsweise Kennlinien der Vorrichtung in dem Fall verbessert sind, dass ein Avalanchebeziehungsweise Lawineneffekt ausgelöst wird. Es ist wünschenswert, die Avalancheeigenschaften von Superübergang-Halbleitervorrichtungen weiter zu verbessern, ohne übermäßig nachteilhaft die Einschalteigenschaften zu beeinträchtigen.
  • Die Druckschrift DE 198 40 032 C1 beschreibt Kompensationsbauelemente, in denen sich die Ladungen von n- und p-dotierten Gebieten in der Driftregion eines Transistors gegenseitig kompensieren. Die Gebiete sind dabei räumlich so angeordnet, dass das Linienintegral über die Dotierung entlang einer orthogonal zum pn-Übergang verlaufenden Linie jeweils unterhalb der materialspezifischen Durchbruchsladung bleibt. Die n- und p-dotierten Gebiete sind derart dotiert, dass in Bereichen nahe der ersten Oberfläche Akzeptoren und nahe der zweiten Oberfläche Donatoren überwiegen. Die Druckschrift JP 2009 - 188 177 A beschreibt die Verbesserung der Avalanche-Festigkeit eines Bauteils mit einer in vertikaler Richtung gleichmäßig dotierter Kompensationsstruktur und einer durchgehenden Pufferschicht zwischen der Kompensationsstruktur einerseits und einer dotierten Substratschicht andererseits. In der Pufferschicht steigt die Konzentration des Dotierstoffs zur Substratschicht hin an. Die Druckschrift JP 2004 - 134 714 A beschreibt ein Kompensationsbauteil mit abwechselnd ausgebildeten, streifenförmigen p-dotierten Säulen und n-dotierten Säulen. Die p-dotierten Säulen weisen einen sich vertikal durch die jeweilige p-Säule erstreckenden hochdotierten Abschnitt auf, in dem sich im Avalanche-Fall der Löcherstrom konzentriert. Die Druckschrift US 2009 / 0 079 002 A1 beschreibt das Fixieren des Avalanche-Durchbruchs im aktiven Zellenbereich eines Leistungs-Halbleiterbauelements. Dazu wird z.B. im aktiven Zellenbereich lokal das Ladungsgleichgewicht einer Kompensationsstruktur verstimmt und damit lokal die Durchbruchspannung gegenüber der Durchbruchsspannung des Randbereichs herabgesetzt. Die Druckschrift US 2012/ 0 007 173 A1 bezieht sich auf Kompensationsbauteile mit Grabengate-Elektroden und beschreibt unterschiedlich hoch p-dotierte Gebieten zwischen einer Hauptfläche auf der Bauteilvorderseite und den p-dotierten Säulen der Kompensationsstruktur.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung anzugeben, die den obigen Forderungen genügt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Superübergang-Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beziehungsweise 21 gelöst.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Superübergang-Halbleitervorrichtung einen Halbleiterteil mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche parallel zu der ersten Oberfläche. Eine Fremdstoffschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Superübergangsstruktur sind in dem Halbleiterteil gebildet. Die Superübergangsstruktur umfasst erste Säulen des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Säulen eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Oberfläche und der Fremdstoffschicht. Ein Vorzeichen einer Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen ändert sich längs einer vertikalen Erstreckung der Säulen senkrecht zu der ersten Oberfläche. Eine Bodyzone des zweiten Leitfähigkeitstyps ist zwischen der ersten Oberfläche und einer der zweiten Säulen gebildet. Eine Feldausdehnungs- beziehungsweise -erstreckungszone des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der vertikalen Projektion von einer der ersten und der zweiten Säulen angeordnet ist, ist elektrisch mit der Bodyzone verbunden. Eine Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone liegt zwischen 1 × 1012 und 5 × 1012 cm-2.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Superübergang-Halbleitervorrichtung eine Fremdstoffschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einem Halbleiterteil gebildet ist, der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche parallel zu der ersten Oberfläche hat. Zwischen der ersten Oberfläche und der Fremdstoffschicht liegt eine Superübergangsstruktur, die erste Säulen des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Säulen eines entgegengesetzten, zweiten Leitfähigkeitstyps hat. Ein Vorzeichen einer Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen ändert sich längs einer vertikalen Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung der Säulen senkrecht zu der ersten Oberfläche. Eine Bodyzone des zweiten Leitfähigkeitstyps ist zwischen der ersten Oberfläche und einer der zweiten Säulen gebildet. Wenigstens eine Feldausdehnungs- beziehungsweise -erstreckungszone des ersten Leitfähigkeitstyps ist elektrisch mit der Fremdstoffschicht verbunden. Die wenigstens eine Feldausdehnungszone ist in der vertikalen Projektion von wenigstens einer der ersten und zweiten Säulen angeordnet.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung der Erfindung eingebunden und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort erkannt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
    • 1A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine p-Typ-Feldausdehnungszone zwischen der Bodyzone und p-Typ-Säulen vorsieht.
    • 1B ist ein schematisches Diagramm, das elektrische Feldprofile für die Halbleitervorrichtung von 1A längs einer Linie B-B veranschaulicht.
    • 2A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die einen dielektrischen Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung und eine p-dotierte Feldausdehnungszone zwischen einer Bodyzone und einer p-Typ-Säule umfasst.
    • 2B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die auf durch Epitaxie gewachsenen Unterschichten und einer p-dotierten Feldausdehnungszone zwischen einer Bodyzone und einer p-dotierten Säule beruht.
    • 2C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das p-dotierte Ausdehnungszonen zwischen Bodyzonen und konisch beziehungsweise verjüngt verlaufenden p-dotierten Säulen vorsieht.
    • 3A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das vergrabene Gateelektroden und p-dotierte Feldausdehnungszonen in der vertikalen Projektion von n-dotierten Säulen vorsieht.
    • 3B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, das vergrabene Gateelektroden und p-dotierte Feldausdehnungszonen in einer vertikalen Projektion von p-dotierten Säulen vorsieht.
    • 3C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das vergrabene Gateelektroden und p-dotierte Feldausdehnungszonen in einer Projektion von p-dotierten Säulen vorsieht.
    • 4A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die auf durch Epitaxie gewachsenen Unterschichten und n-dotierten Feldausdehnungszonen in der Projektion von n-dotierten Säulen beruht.
    • 4B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die einen dielektrischen Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung und Segmente einer n-dotierten Feldausdehnungszone in der Projektion von p-dotierten Säulen umfasst.
    • 4C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine angrenzende beziehungsweise nahe benachbarte Feldausdehnungszone und konisch beziehungsweise verjüngt zulaufende p-dotierte Säulen vorsieht.
    • 4D ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das räumlich getrennte Segmente einer Feldstopp-Ausdehnungszone in der vertikalen Projektion von p- und n-dotierten Säulen vorsieht.
    • 4E ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die einen dielektrischen Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung, vergrabene Gateelektroden und Segmente einer n-dotierten Feldausdehnungszone in der Projektion von n-dotierten Säulen umfasst.
    • 4F ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangsstruktur vorsieht, die einen dielektrischen Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung, vergrabene Gateelektroden und eine angrenzende beziehungsweise nahe benachbarte n-dotierte Feldausdehnungszone umfasst.
    • 4G ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superübergang-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das vergrabene Gateelektroden und Segmente einer n-dotierten Feldstopp-Ausdehnungszone in der vertikalen Projektion der n-dotierten Säulen vorsieht.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel gezeigt oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente und Merkmale an, schließen jedoch nicht zusätzliche Elemente oder Merkmale aus. Die unbestimmten und bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ beschreibt eine permanente beziehungsweise dauerhafte niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter.
  • 1A zeigt eine Superübergang-Halbleitervorrichtung 500 mit einem Halbleiterteil 100, der eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101 hat. Der Halbleiterteil 100 ist aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium Si, Siliziumcarbid SiC, Germanium Ge, einem Silizium-Germanium-Kristall SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenid GaAs vorgesehen. Ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 101 beziehungsweise 102 beträgt wenigstens 50 µm, beispielsweise wenigstens 175 µm. Der Halbleiterteil 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge in dem Beriech von einigen Millimetern umfassen. Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal beziehungsweise senkrecht zu der normalen Richtung sind laterale Richtungen.
  • Der Halbleiterteil 1 kann eine Fremdstoffschicht 130 eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen. Eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Fremdstoffschicht 130 ist vergleichsweise hoch und kann beispielsweise wenigstens 5 × 1018 cm-3 betragen. Die Fremdstoffschicht 130 kann sich längs einer vollständigen Querschnittsebene des Halbleiterteiles 100 parallel zu der zweiten Oberfläche 102 erstrecken. Wenn die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate) ist, grenzt die Fremdstoffschicht 130 direkt an die zweite Oberfläche 102 an. Wenn die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) ist, ist eine Kollektorschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, zwischen der Fremdstoffschicht 130 und der zweiten Oberfläche 102 angeordnet.
  • Eine Driftschicht 120 ist zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Fremdstoffschicht 130 gelegen. Die Driftschicht 120 umfasst eine Superübergangsstruktur mit ersten Säulen 121 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweiten Säulen 122 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der entgegengesetzt dem ersten Leitfähigkeitstyp ist. Die zweiten Säulen 122 können direkt an die Fremdstoffschicht 130 angrenzen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind die zweiten Säulen 122 unter einem Abstand zu der Fremdstoffschicht 130 gebildet derart, dass die Driftschicht 120 einen angrenzenden beziehungsweise nahe benachbarten Teil des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst. Der angrenzende Teil erstreckt sich zwischen den vergrabenen Rändern der ersten und der zweiten Säulen 121, 122 einerseits und der Fremdstoffschicht 130 andererseits. Die ersten und die zweiten Säulen 121, 122 stoßen beziehungsweise grenzen direkt aneinander an.
  • Die ersten und zweiten Säulen 121, 122 können parallele Streifen sein, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Querschnitte der zweiten Säulen 122 parallel zu der ersten Oberfläche 101 Kreise, Ellipsoide, Ovale oder Rechtecke, beispielsweise Quadrate, mit oder ohne gerundete Ecken sein, und die ersten Säulen 121 sind Segmente eines Gitters, das die zweiten Säulen 122 einbettet.
  • Der Halbleiterteil 100 umfasst außerdem Sourcezonen 110 des ersten Leitfähigkeitstyps und Bodyzonen 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Bodyzonen 115 strukturell und elektrisch mit den zweiten Säulen 122 verbunden sind und strukturell die Sourcezonen 110 und die ersten Säulen 121 trennen.
  • Die Sourcezonen 110 können exklusiv innerhalb eines Zellgebietes gebildet und in einem das Zellgebiet umgebenden Randgebiet nicht vorhanden beziehungsweise abwesend sein. Die Bodyzonen 115 sind wenigstens in dem Zellgebiet vorgesehen und können in dem Randgebiet vorhanden oder nicht vorhanden beziehungsweise abwesend oder nicht abwesend sein.
  • Gatedielektrika 205 trennen elektrisch Gateelektroden 210 und benachbarte Teile der Bodyzonen 115. Ein an die Gateelektroden 210 angelegtes Potential steuert kapazitiv eine Minoritätsladungsträgerverteilung in einem an die Gatedielektrika 205 zwischen den Sourcezonen 110 und den entsprechenden zweiten Säulen 122 angrenzenden Teil der Bodyzonen 115 derart, dass in einem leitenden oder Einschaltzustand der Halbleitervorrichtung 500 ein Einschaltstrom zwischen den Sourcezonen 110 und der Fremdstoffschicht 130 durch Inversionsschichten in den Bodyzonen 115 und durch die Driftschicht 120 fließt.
  • Die Gateelektroden 210 können oberhalb der ersten Oberfläche 101 angeordnet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Gateelektroden 210 in Trenches beziehungsweise Gräben vergraben sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstrecken.
  • Eine erste Elektrodenstruktur 310 kann elektrisch mit den Sourcezonen 110 und den Bodyzonen 115 durch Öffnungen in einer dielektrischen Schicht 220, die die Gateelektrodenstrukturen 210 bedeckt, verbunden sein. Die Öffnungen in der dielektrischen Schicht 220 sind zwischen benachbarten Gateelektroden 210 gebildet. Stark dotierte Kontaktzonen 116 des zweiten Leitfähigkeitstyps können in den Bodyzonen 115 in direktem Kontakt mit der ersten Elektrodenstruktur 110 gebildet sein, um einen niederohmigen Kontakt zwischen der ersten Elektrodenstruktur 310 und den Bodyzonen 115 zu gewährleisten. Die dielektrische Schicht 220 isoliert dielektrisch die erste Elektrodenstruktur 310 von den Gateelektroden 210.
  • Eine zweite Elektrodenstruktur 320 grenzt direkt an die zweite Oberfläche 102 des Halbleiterteiles 100 an. Gemäß Ausführungsbeispielen, die auf Superübergang-IGFETs bezogen sind, grenzt die zweite Elektrodenstruktur 320 direkt an die Fremdstoffschicht 130 an. Gemäß Ausführungsbeispielen, die auf Superübergang-IGFETs bezogen sind, kann eine Kollektorschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der Fremdstoffschicht 130 und der zweiten Elektrodenstruktur 320 gebildet sein.
  • Jede der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 kann als Hauptbestandteil(e) bestehen aus oder enthalten Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können eine oder beide der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 als Hauptbestandteil (e) Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Platin Pt und/oder Palladium Pd enthalten. Beispielsweise umfasst wenigstens eine der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 zwei oder mehr Unterschichten, wobei jede Unterschicht ein oder mehrere Elemente aus Ni, Ti, Ag, Au, Pt und Pd als Hauptbestandteil (e) enthält, beispielsweise Silizide und/oder Legierungen.
  • Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ, der zweite Leitfähigkeitstyp ist der der p-Typ, die erste Elektrodenstruktur 310 ist eine Sourceelektrode, und die zweite Elektrodenstruktur 320 ist eine Drainelektrode. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ.
  • Die Superübergangsstruktur hat eine Fremdstoffverteilung, die sich mit dem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 verändert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ändert sich in der Superübergangsstruktur das Vorzeichen einer Kompensationsrate wenigstens einmal längs einer vertikalen Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung der Superübergangsstruktur. Die Kompensationsrate für einen vertikalen Abschnitt längs der vertikalen Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung der Säulen 121, 122 kann durch die Differenz zwischen der Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in den zweiten Säulen 122 und der Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den ersten Säulen 121, bezogen auf die größere Menge von beiden Werten, definiert werden. Für eine perfekte Kompensation sind die Mengen bezogen auf einen willkürlichen Abschnitt der vertikalen Ausdehnung oder Erstreckung gleich, und die Kompensationsrate in diesem Abschnitt ist gleich zu 0. Mit dem ersten Leitfähigkeitstyp als dem n-Typ und dem zweiten Leitfähigkeitstyp als der p-Typ beträgt die Kompensationsrate + 0,5, wenn die Menge an p-Fremdstoffen in einem Abschnitt der zweiten Säulen 122 das Doppelte der Menge an n-Fremdstoffen in einem entsprechenden Abschnitt der ersten Säulen 121 beträgt. Die Kompensationsrate ist - 0,5, wenn die Menge an p-Fremdstoffen in einem vertikalen Abschnitt der zweiten Säulen 122 die Hälfte der Menge an n-Fremdstoffen in dem entsprechenden Abschnitt der ersten Säulen 121 ist. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel beträgt bei gleichen Querschnittsflächen beziehungsweise - gebieten der ersten und zweiten Säulen 121, 122 und mit p1 > n > p2 die Kompensationsrate für einen ersten Abschnitt 122a der ersten Säulen 122, die zu der ersten Oberfläche 101 orientiert sind, (p1 - n) /p1, und die Kompensationsrate für einen verbleibenden zweiten Abschnitt 122b, der zur zweiten Oberfläche 102 orientiert ist, beträgt (p2 - n)/n.
  • Ausgehend von den vertikalen pn-Übergängen zwischen den ersten und zweiten Säulen 121, 122 wachsen bei zunehmender Sperrspannung Verarmungszonen in der lateralen Richtung, bis die Superübergangsstruktur vollständig an beweglichen Ladungsträgern verarmt ist. In Superübergangsvorrichtungen mit perfekter Kompensation kompensieren die Ladungen der verbleibenden Ladungsträger in den ersten und zweiten Säulen 121, 122 vollständig einander derart, dass sich die elektrische Feldstärke nicht über die vollständige vertikale Ausdehnung der Superübergangsstruktur verändert. Da das Integral über der elektrischen Feldstärke zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 die Sperrspannung liefert, die die Halbleitervorrichtung aufnehmen kann, und da dieses Gebiet beziehungsweise diese Fläche maximiert ist, wird eine hohe Durchbruchspannung erzielt.
  • In Superübergangsvorrichtungen, bei denen die Kompensationsrate das Vorzeichen längs der vertikalen Ausdehnung der Superübergangsstruktur verändert, kompensieren Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps leicht Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Abschnitt über, der zu der zweiten Oberfläche 102 orientiert ist, und Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps kompensieren leicht Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in einem verbleibenden Abschnitt über, der zu der ersten Oberfläche 101 orientiert ist. Die Überkompensation kann durch Verändern der Fremdstoffkonzentration ausschließlich in den ersten Säulen 121, ausschließlich in den zweiten Säulen 122 oder in den beiden ersten und zweiten Säulen 121, 122 erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Querschnittsflächen der Säulen 121, 122 in den lateralen Richtungen parallel zu der ersten Oberfläche 101 verändert werden.
  • Innerhalb jedem der ersten und zweiten Abschnitte 122a, 122b der zweiten Säulen 122 kann die Kompensationsrate konstant sein, oder sie kann streng beziehungsweise strikt oder in Stufen mit abnehmendem Abstand zu der Zwischenfläche, wo der Vorzeichenwechsel auftritt, abnehmen.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die lateralen Querschnittsflächen Fa der zweiten Säulen 122 und Fb der ersten Säulen 121 längs der vertikalen Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung konstant. Erste Abschnitte 122a der zweiten Säulen 122, die zu der ersten Oberfläche 101 orientiert sind, haben eine Fremdstoffkonzentration p1 von p-Typ-Fremdstoffen derart, dass Fa × p1 den Wert von Fb × n überschreitet, wobei n die Fremdstoffkonzentration von n-Typ-Fremdstoffen in einem angrenzenden Abschnitt der ersten Säulen 121 bei dem gleichen Abstand zu der ersten Oberfläche 101 ist. Das Vorzeichen der Kompensationsrate ist positiv in einem Abschnitt der Superübergangsstruktur ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101. Zweite Abschnitte 122b der zweiten Säulen 122, die zu der zweiten Oberfläche 101 ausgerichtet sind, haben eine Fremdstoffkonzentration p2 von p-Typ-Fremdstoffen derart, dass Fa × p2 niedriger ist als Fb × n in einem angrenzenden Abschnitt der ersten Säulen 121 unter dem gleichen Abstand zu der ersten Oberfläche 101. Das Vorzeichen der Kompensationsrate ist negativ in einem Abschnitt der Superübergangsstruktur ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102.
  • Ein erster Abschnitt der Superübergangsstruktur, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101 und entsprechend zu den ersten Abschnitten 122a der zweiten Säulen 122, hat einen Überschuss an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps. Ein verbleibender zweiter Abschnitt, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102 und entsprechend den zweiten Abschnitten 122a der zweiten Säulen 122, hat einen Überschuss an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps. Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps überwiegen in dem ersten Abschnitt, und Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps überwiegen in dem zweiten Abschnitt. Als eine Folge ändert sich das Vorzeichen der Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen 121, 122 einmal längs der vertikalen Ausdehnung oder Erstreckung der Säulen 121, 122. Die ersten und zweiten Abschnitte 122a, 122b der zweiten Säulen 122 können sich jeweils wenigstens über ein Drittel der vollständigen vertikalen Ausdehnung erstrecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die ersten Abschnitte 122a der zweiten Säulen 122 über 40 % bis 60 % der vertikalen Ausdehnung der zweiten Säulen 122, und die zweiten Abschnitte 122b erstrecken sich über einen verbleibenden Abschnitt der vertikalen Ausdehnung der jeweiligen zweiten Säulen 122.
  • In einem Sperrbetrieb kompensieren nach einer Verarmung der Superübergangsstruktur an beweglichen Ladungsträger die stationären Ladungen einander nicht. Als ein Ergebnis nimmt in der Superübergangsstruktur die elektrische Feldstärke von beiden Enden der Säulen 121, 122 zu und erreicht eine flache Spitze bei der Zwischenfläche, wo sich das Vorzeichen der Kompensationsrate ändert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der Kompensationsrate in beiden ersten und zweiten vertikalen Abschnitten der Superübergangsstruktur höchstens 0,5. Obwohl bei einer zunehmenden Abweichung von einer perfekten Kompensation, das heißt von einer Kompensationsrate = 0 die Sperrspannung, die die Halbleitervorrichtung 500 aufnehmen kann, in dem Sperrbetrieb abnimmt, kann eine ausreichend hohe Durchbruchspannung erhalten werden. Die flache Spitze der elektrischen Feldstärke definiert das Gebiet beziehungsweise die Fläche, wo bewegliche Ladungsträger erzeugt werden, wenn ein Avalanche-Durchbruch ausgelöst wurde. Die Größe der Kompensationsrate in beiden ersten und zweiten Abschnitten kann wenigstens 0,1 betragen derart, dass ein Spitzenbereich, wo die elektrische Feldstärke ausreichend hoch ist, um Ladungsträger zu erzeugen, falls ein Avalanche-Effekt ausgelöst wurde, ausreichend klein ist, um ausreichend die Anzahl der erzeugten Ladungsträger zu beschränken und sicherzustellen, dass die Spannung über der Halbleitervorrichtung 500 nicht unmittelbar zusammenbricht.
  • Das sich ergebende elektrische Feldprofil (Verteilung) hat eine flache Spitze ungefähr in der Mitte der vertikalen Ausdehnung der Superübergangsstruktur. Elektronen und Löcher beeinträchtigen die Feldverteilung sowohl bei einem Durchbruch als auch im Avalanche-Fall. Beide Typen von Ladungsträgern haben einen stabilisierenden Effekt, da beide von der Stelle der Erzeugung in Gebiete fließen, in denen sie die überwiegende Überschussladung der unbeweglichen Ladungsträger kompensieren. Als eine Konsequenz gibt es einen kontinuierlichen Stabilitätsbereich von p-lastigen zu n-lastigen Kompensationsraten.
  • Feldausdehnungszonen 123 sind in der vertikalen Projektion der zweiten Spalten 122 vorgesehen. Die Feldausdehnungszonen 123 haben den zweiten Leitfähigkeitstyp wie die zweiten Säulen 122. Jede Feldausdehnungszone 123 ist elektrisch mit einer zweiten Säule 122 und der Bodyzone 115, die der jeweiligen zweiten Säule 122 zugewiesen ist, also sowohl der Zone 115 als auch der Säule 122, verbunden. Jede Feldausdehnungszone 123 erstreckt sich von einer Zwischenfläche zwischen der jeweiligen Bodyzone 115 und der entsprechenden zweiten Säule 122 in den ersten Abschnitt 122a.
  • Eine Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone 123 ist derart definiert, dass sich das elektrische Feld in die Feldausdehnungszone 123 lediglich bei für den Avalanche-Modus typischen Stromdichten erstreckt, wohingegen das elektrische Feld bei der Feldausdehnungszone 123 bei niedrigeren Stromdichten aufhört beziehungsweise stoppt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Flächenfremdstoffdichte in dem Bereich von der Durchbruchladung oder leicht oberhalb der Durchbruchladung, beispielsweise zwischen 1 × 1012 und 5 × 1012 cm-2 in den Transistorzellen innerhalb eines aktiven Zellgebietes der Halbleitervorrichtung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone 123 zwischen 2 × 1012 und 3 × 1012 cm-2. Bei derartigen Werten erstreckt sich das elektrische Feld in die Feldausdehnungszone 123 lediglich bei hohen Strömen in dem Avalanche-Modus, wobei der Strom in dem Avalanche-Modus auf wenigstens 20 % des Nennstromes oder gleich zu dem Nennstrom eingestellt sein kann oder den Nennstrom um wenigstens 20 % überschreiten kann.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Feldausdehnungszone 123 kann wenigstens 2 µm betragen, sodass die Feldausdehnungszone 123 ein ausreichend signifikantes Anwachsen der maximalen Durchbruchspannung liefert. Eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration kann dann höchstens 1 × 1016 cm-3 sein.
  • Die Feldausdehnungszone 123 kann sich über die gesamte laterale Querschnittsfläche der zweiten Säule 122 erstrecken. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Feldausdehnungszone 123 lediglich in einen lateralen zentralen Teil der entsprechenden zweiten Säule 122 gebildet und von allen benachbarten ersten Säulen 121 beabstandet. Die Feldausdehnungszone 123 kann ein „Bubble“ beziehungsweise eine Blase sein, deren vertikale Ausdehnung ein Maximum in einem lateralen Zentrum der zweiten Säule 122 hat und mit zunehmendem Abstand zu dem Zentrum abnimmt.
  • In der Feldausdehnungszone 123 ist die mittlere Nettofremdstoffkonzentration px höher als in dem ersten Abschnitt 122a der zweiten Säule 122 und niedriger als eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration p0 in der Bodyzone 115. Beispielsweise beträgt die maximale Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone 123 wenigstens das Zweifache, beispielsweise das Zehnfache der mittleren Nettofremdstoffkonzentration p1 in dem ersten Abschnitt 122a der zweiten Säule 122 und höchstens die Hälfte, beispielsweise ein Zehntel, der maximalen Nettofremdstoffkonzentration in der Bodyzone 115. Die Menge beziehungsweise Größe an Fremdstoffen je Einheitsfläche kann größer sein als eine Durchbruchspannungsmenge beziehungsweise ein Durchbruchspannungsbetrag bei einer Durchbruchspannung. Die Durchbruchspannungsmenge ist die Ladungsmenge, die durch einen pn-Übergang verarmt sein kann, bevor der Avalanche-Faktor 1 erreicht ist. Die Durchbruchspannungsmenge hängt von den Hintergrundfremdstoffkonzentrationen ab. Beispielsweise liegt die Durchbruchladungsmenge zwischen 2 × 1012 cm-2 und 3 × 1012 cm-2. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die vertikale Ausdehnung der Feldausdehnungszone wenigstens 2 Mikrometer. Eine mittlere Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone 123 kann beispielsweise zwischen 5 × 1015 cm-3 und 5 × 1016 cm-3 betragen.
  • 1B zeigt ein erstes elektrisches Feldprofil 401 der Halbleitervorrichtung von 1A in einem Fall, in welchem eine Sperrspannung anliegt und kein Avalanche-Effekt ausgelöst wurde. Im Wesentlichen erstreckt sich das elektrische Feld zwischen der hochdotierten Fremdstoffschicht 130 unter einem Abstand dz zu der ersten Oberfläche 101 und der Feldausdehnungszone 123. Die Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone 123 ist derart gewählt, dass sich das elektrische Feld bis zu einem gewissen Abstand in die Feldausdehnungszone 123 erstrecken kann. Beispielsweise erstreckt sich die elektrische Feldzone bis zu einem Drittel der vertikalen Ausdehnung der Feldausdehnungszone 123 bei einem Abstand dx zu der ersten Oberfläche 101. Die elektrische Feldstärke nimmt bis zu dem Abstand dm zu, wo das Vorzeichen der Kompensationsrate sich ändert und wo die elektrische Feldstärke einen Maximalwert Emax erreicht. Jenseits dm nimmt die elektrische Feldstärke auf null bei der Zwischenfläche zwischen der Driftschicht 120 und der Fremdstoffschicht 130 unter dem Abstand dz ab. Die Neigung der elektrischen Feldstärke hängt von der Kompensationsrate ab und ist hoch, wo die Kompensationsrate hoch ist, und niedrig, wo die Kompensationsrate niedrig ist.
  • Die Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone 123 ist niedriger als in der Bodyzone 115 derart, dass, wenn einmal ein Avalanche-Modus ausgelöst wurde, das elektrische Feld tiefer in die Feldausdehnungszone 123 sich ausbreiten kann, wie dies durch das zweite elektrische Feldprofil 402 gezeigt ist. Dagegen ist in einem Vergleichsbeispiel ohne Feldausdehnungszone 123 das elektrische Feld daran gehindert, sich in die vergleichsweise hoch dotierte Bodyzone 115 auszubreiten. Da das Gebiet unterhalb des elektrischen Feldprofiles 402 die Spannung bestimmt, die durch die Halbleitervorrichtung 500 aufgenommen werden kann, verbessert die Feldausdehnungszone 123 beträchtlich die Robustheit gegenüber Avalanche-Ereignissen in der Halbleitervorrichtung 500. Die Feldausdehnungszone 123 führt einen weiteren Freiheitsgrad zum Anpassen des Einschaltwiderstandes, der Avalanche-Eigenschaften und der Spannungssperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 an Bedürfnisse einer Anwendung ein.
  • Feldausdehnungszonen 123 können für Superübergangsstrukturen vorgesehen sein, die durch verschiedene Trench- beziehungsweise Graben-Variationen oder -annäherungen erhalten sind, welche nicht-gewellte Fremdstoffprofile liefern, wobei Trenches beziehungsweise Gräben in ein Halbleitersubstrat von einer Richtung entsprechend zu der ersten Oberfläche 101 eines aus dem Halbleitersubstrat erhaltenen Halbleiterteiles 100 eingeführt sind und wobei wenigstens ein Typ der Säulen 121, 122 durch Füllen der Trenches oder durch Implantieren von Fremdstoffen in die Trenchseitenwände gebildet ist.
  • 2A zeigt eine Superübergang-Halbleitervorrichtung 500, die durch Ätzen von Trenches in ein Halbleitersubstrat erhalten ist, das ein n-Typ-Halbleiterteil 100 aufweist. Ein dielektrischer Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung 125 kleidet wenigstens Seitenwände der geätzten Trenches aus. Der dielektrische Liner 125 kann von einem Halbleiteroxid, beispielsweise einem thermischen Oxid des Halbleitermaterials des Halbleiterteiles 100, z.B. Siliziumoxid, einem abgeschiedenen Oxid oder beispielsweise einem Hableiternitrid vorgesehen sein. Einkristallines p-dotiertes Halbleitermaterial kann durch Epitaxie in den Trenches aufgewachsen sein, um die zweiten Säulen 122 zu bilden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ändert sich die laterale Querschnittsfläche des Trenches nicht mit dem Abstand zu der ersten Oberfläche 101. Ein erster Abschnitt 122a der zweiten Säule 122, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterteiles 100, kann mit einer höheren Fremdstoffkonzentration als ein verbleibender zweiter Abschnitt 122b, ausgereichtet zu der zweiten Oberfläche 102, versehen sein. Jeder der ersten und zweiten Abschnitte 122a, 122b kann homogen dotiert sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Fremdstoffkonzentration graduell mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 abnehmen. Andere Ausführungsbeispiele können mehr als einen Schritt in dem Fremdstoffkonzentrationsprofil vorsehen.
  • 2B bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, das die ersten und zweiten Säulen 121, 122 vorsieht, indem eine Sequenz wiederholt wird, die ein Aufwachsen einer Unterschicht durch Epitaxie und ein Implantieren von Fremdstoffen von wenigstens einem Leitfähigkeitstyp in eine Oberfläche der aufgewachsenen Unterschicht unter Verwendung von Implantationsmasken umfasst. Die Superübergangsstruktur wird durch Diffundieren entweder der ersten oder der zweiten Säulen 121, 122 oder beider Säulen aus den Implantationen erhalten. Als eine Konsequenz können die Fremdstoffprofile der ersten und zweite Säulen 121, 122 in der vertikalen und/oder lateralen Richtung gewellt sein, wie dies in 2B angedeutet ist.
  • 2C bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, das konisch beziehungsweise spitz zulaufende zweiten Säulen 122 mit einer homogenen Fremdstoffkonzentration p und umgekehrt konisch beziehungsweise spitz zulaufende erste Säulen 121 mit einer homogenen Fremdstoffkonzentration n vorsieht. Die Veränderung des Vorzeichens der Kompensationsrate wird erreicht durch Verändern der lateralen Querschnittsflächen der ersten und zweiten Säulen 121, 122 längs deren vertikaler Ausdehnung.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die laterale Querschnittsfläche Fa1 der zweiten Säulen 122 in dem ersten Abschnitt, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, größer als die laterale Querschnittsfläche Fa2 der zweiten Säulen 122 in einer zweiten Richtung, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102. Für die entsprechenden lateralen Querschnittsflächen Fb1 und Fb2 der ersten Säulen 121 ist eine Querschnittsfläche Fb1, genommen unter dem gleichen Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wie Fa1, kleiner als die laterale Querschnittsfläche Fb2, genommen unter dem gleichen Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wie Fa2. Die Differenzen in den Querschnittsflächen sind derart gewählt, dass Fa1 × p die Größe Fb1 × n überschreitet und Fa2 × p kleiner ist als Fb2 × n. Das Vorzeichen der Kompensationsrate ist positiv in dem zu der ersten Oberfläche 101 ausgerichteten Abschnitt und negativ in dem zu der zweiten Oberfläche 102 ausgerichteten Abschnitt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel überschreitet eine Querschnittsfläche bei dem oberen Ende der zweiten Säule 122, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, eine mittlere Querschnittsfläche um wenigstens 10 % und um höchsten 100 %, und eine Querschnittsfläche bei dem zu der zweiten Oberfläche 102 ausgerichteten Ende ist kleiner als die mittlere Querschnittsfläche um wenigstens 10 % und um höchstens 100 %.
  • Die Ausführungsbeispiele der 3A bis 3C haben Feldausdehnungszonen 123 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind. Die Feldausdehnungszonen 123 sind zwischen den ersten Säulen 121 und der ersten Oberfläche 101 angeordnet. Verbindungszonen 123a verbinden elektrisch jede Feldausdehnungszone 123 mit einer der Bodyzonen 115.
  • Feldausdehnungszonen 123 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, können mit planaren Gateelektroden 210 kombiniert werden, wie dies in 1A und in den 2A bis 2C veranschaulicht ist. Beispielsweise können die Feldausdehnungszonen 123 Blasen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in die Driftschicht 120 erstrecken, wobei die Blasen von den benachbarten Bodyzonen 115 getrennt sind.
  • Die 3A bis 3C kombinieren Feldausdehnungszonen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121 des ersten Leitfähigkeitstyps mit Trench-Gate-Näherungen beziehungsweise -Gestaltungen. Die Gateelektroden 210 sind in Trenches vorgesehen, die sich über den ersten Säulen 121 von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstrecken. Ein vergrabenes Dielektrikum 230 isoliert die jeweilige Gateelektrode 210 von der Driftschicht 120. Die Gatedielektrika 205 erstrecken sich in der vertikalen Richtung zwischen den Gateelektroden 210 und den Bodyzonen 115, die zwischen den Gatetrenches gebildet sind. Die zweiten Säulen 122 können in Superübergangtrenches mit vertikalen Seitenwänden vorgesehen sein, die sich senkrecht zu der ersten Oberfläche 101 erstrecken. Ein dielektrischer Liner beziehungsweise eine dielektrische Auskleidung 125 zwischen den ersten und zweiten Säulen 121, 122 kann die vertikalen Seitenwände der Superübergangstrenches auskleiden und kann die ersten und zweiten Säulen 121, 122 trennen.
  • In einem ersten Abschnitt 122a der zweiten Säulen 122, der in den Superübergangtrenches vorgesehen sein kann, kann die Fremdstoffkonzentration höher sein als in einem zweiten Abschnitt 122b, der zu der zweiten Oberfläche 102 ausgerichtet ist. Die ersten Säulen 121 können einen stark dotierten ersten Teil 121a, der längs der Seitenwände der zweiten Säulen 122 gebildet ist, und einen zweiten, leicht dotierten Teil 121b in dem Rest umfassen. Die stark dotierten ersten Teile 121a können durch eine Ionenimplantation oder durch eine Ausdiffusion durch die Seitenwände der Superübergangtrenches oder durch Auftragen beziehungsweise Abscheiden einer konformen n-dotierten Schicht vor Vorsehen der zweiten Säulen 122 gebildet sein.
  • Die Feldausdehnungszonen 123 sind zwischen den vergrabenen Dielektrika 230 und den schwach dotierten zweiten Teilen 121b der ersten Säulen 121 gebildet. Verbindungszonen 123a verbinden strukturell und elektrisch die Feldausdehnungszonen 123 mit den Bodyzonen 115. Die Verbindungszonen 123a sind in der vertikalen Projektion von ersten Abschnitten der stark dotierten ersten Teile 121a der erste Säulen 121, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, vorgesehen. In einer Richtung vertikal zu der Querschnittsebene wechseln die Verbindungszonen 123a und zweite Abschnitt 121c der stark dotierten erste Teile 121a derart ab, dass die ersten Säulen 121 und die Feldausdehnungszonen 123 abwechselnd mit den jeweiligen Bodyzonen 115 verbunden sind. Die zweiten Abschnitte 121c der stark dotierten ersten Teile 121a verbinden die ersten Säulen 121 mit einem Kanalteil der Bodyzone 115, wo ein leitender Kanal in einem Einschaltzustand der Vorrichtung 500 gebildet ist.
  • In den 3B und 3C ändert sich die Fremdstoffverteilung derart, dass mehr Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps je vertikaler Dimensionseinheit in dem zweiten Abschnitt 122b als in dem ersten Abschnitt 122a der zweiten Säulen 122 vorgesehen sind. Die zweiten Abschnitte 122b erstrecken sich über merklich weniger als eine Hälfte der vertikalen Ausdehnung der zweite Säulen 122 und haben eine höhere Dotierstoffkonzentration als die ersten Abschnitte 122a. Zusätzlich erstrecken sich die Feldausdehnungszonen 123 der 3B und 3C tiefer in den Halbleiterteil 100 und haben eine niedrigere Dotierstoffkonzentration als die Feldausdehnungszonen 123 in 3A.
  • Die zweiten Säulen 122 von 3C umfassen einen ersten Abschnitt 122a, der längs der vertikalen Zwischenflächen zu den ersten Säulen 121 angeordnet ist, wobei die ersten Abschnitte 122a den entsprechenden Teil der Superübergangtrenches nicht vollständig füllen. Die zweiten Abschnitte 122b entsprechen vollständig gefüllten niedrigeren Teilen der Superübergangtrenches. Die ersten und zweiten Teile 122a, 122b können durch konformes Abscheiden beziehungsweise Auftragen einer Halbleiterschicht in den Superübergangtrenches und anschließendes Umwandeln des aufgetragenen, beispielsweise polykristallinen Halbleitermaterials in ein einkristallines Halbleitermaterial gebildet werden. Füllstrukturen 129 können die vertikalen Abschnitte der ersten Abschnitte 122a trennen. Die Füllstrukturen 129 können mit Umgebungsatmosphäre gefüllte Hohlräume oder eine dielektrische Struktur, die beispielsweise ein Oxid umfasst, z.B. Siliziumoxid, sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Füllstrukturen 129 leicht bzw. schwach dotiertes Silizium enthalten. Die Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem ersten Abschnitt 122a ist höher als die Menge an Fremdstoffen in einem zweiten Abschnitt 122b.
  • 4A entspricht allgemein 2B. Alternativ oder zusätzlich zu den Feldstoppzonen 123 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der zweiten Säulen 122 umfasst das Ausführungsbeispiel von 4A räumlich getrennte Feldausdehnungszonen 123 des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121 längs der Zwischenfläche zwischen der Driftschicht 120 und der Fremdstoffschicht 130 angeordnet sind. Die Feldausdehnungszonen 123 können Blasen mit einer maximalen vertikalen Ausdehnung bzw. Erstreckung in einem lateralen Zentrum der ersten Säulen 121 sein. Die Feldausdehnungszonen 123 können in der vertikalen Projektion der zweiten Säulen 122 fehlen beziehungsweise abwesend sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 4B entspricht allgemein der Halbleitervorrichtung 500 von 2A. Alterativ oder zusätzlich zu den Feldausdehnungszonen 123 des ersten Leitfähigkeitstyps, die den zweiten Säulen 122 zugeordnet sind, umfasst die Halbleitervorrichtung 500 von 4B Feldausdehnungszonen 123, die in der vertikalen Projektion der zweiten Säulen 122 längs zu der Zwischenfläche zu der Fremdstoffschicht 130 angeordnet sind. Jede Feldausdehnungszone 123 kann durch eine Implantation der zweiten Oberfläche 102 gebildet sein und eine „Blasen“-Gestalt mit einer maximalen vertikalen Ausdehnung beziehungsweise Erstreckung in dem lateralen Zentrum der zweiten Säulen 122 haben. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Feldausdehnungszonen 123 angenähert eine rechteckförmige Gestalt mit Zwischenflächen zu der Driftschicht 120 oder den zweiten Säulen 122 haben, welche parallel zu der zweiten Oberfläche 102 und ungefähr beziehungsweise angenähert planar sind. Die Feldausdehnungszonen 123 können in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121 fehlen beziehungsweise abwesend sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 4C unterscheidet sich von Halbleitervorrichtung 500 von 2C in einer kontinuierlichen beziehungsweise zusammenhängenden Feldausdehnungszone 123 mit einer Zwischenfläche zu der Driftschicht 120, die parallel zu der Zwischenfläche zwischen der Feldausdehnungszone 123 und der Fremdstoffschicht 130 ist.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 4D bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit den Gateelektroden 210, die wie in den 3A bis 3C in Gatetrenches vorgesehen sind, und mit räumlich getrennten Feldausdehnungszonen 123. Die Feldausdehnungszonen 123 sind voneinander getrennt und in der vertikalen Projektion von den beiden ersten und zweiten Säulen 121, 122 angeordnet. Die Feldausdehnungszonen 123 können als Blasen gebildet sein, die eine maximale vertikale Ausdehnung in dem lateralen Zentrum der ersten und zweiten Säulen 121, 122 haben.
  • 4E zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ähnlich ist zu der Halbleitervorrichtung 500 von 3A ohne Feldausdehnungszonen 123 des zweiten Leitfähigkeitstyps, jedoch mit räumlich beabstandeten, getrennten Feldausdehnungszonen 123 des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei jede Feldausdehnungszone 123 längs der Zwischenfläche zu der Fremdstoffschicht 130 in der vertikalen Projektion von einer der ersten Säulen 121 angeordnet ist.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 4F entspricht der Halbleitervorrichtung 500 von 3B und umfasst außerdem eine kontinuierliche beziehungsweise zusammenhängende Feldausdehnungszone 123 des ersten Leitfähigkeitstyps parallel zu der und direkt angrenzend an die Fremdstoffschicht 130. Die Feldausdehnungszone 123 kann vollständig den Raum zwischen den zweiten Säulen 122 und der Fremdstoffschicht 130 füllen. Andere Ausführungsbeispiele können die Feldstoppzone 123 getrennt von den zweiten Säulen 122 oder die zweiten Säulen 122 vorstehend in die Feldstoppzone 123 vorsehen.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 4G entspricht der Halbleitervorrichtung 500 von 3C. Anstelle von oder zusätzlich zu den Feldausdehnungszonen 123 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst die Halbleitervorrichtung 500 von 4G räumlich getrennte Feldstoppzonen 123 des ersten Leitfähigkeitstyps wenigstens in der vertikalen Projektion der ersten Säulen 121. Die Feldstoppausdehnungszonen 123 können planare Zwischenfläche zu der Driftschicht 120 parallel zu der Fremdstoffschicht 130 haben.

Claims (25)

  1. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500), umfassend: eine Fremdstoffschicht (130) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einem Halbleiterteil (100) mit einer ersten Oberfläche (101) und einer zur ersten Oberfläche (101) parallelen zweiten Oberfläche (102) gebildet ist, eine Superübergangsstruktur mit ersten Säulen (121) des ersten Leitfähigkeitstyps und zweiten Säulen (122) einer zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeit zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Fremdstoffschicht (130), wobei ein Vorzeichen einer Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen (121, 122) sich längs einer vertikalen Ausdehnung der Säulen (121, 122) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101) ändert, eine Bodyzone (115) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der ersten Oberfläche (101) und einer der zweiten Säulen (122) gebildet ist, und eine Feldausdehnungszone (123) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit der Bodyzone (115) verbunden und in der vertikalen Projektion von einer der zweiten Säulen (122) angeordnet ist, wobei eine Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone (123) zwischen 1 × 1012 und 5 × 1012 cm-2 liegt, und wobei eine Nettofremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone (123) höher ist als in der zweiten Säule (122) und kleiner ist als in der Bodyzone (115).
  2. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 1, bei der die Feldausdehnungszone (123) längs der vertikalen Achse von einer der zweiten Säulen (122) angeordnet ist und längs der vertikalen Achse von irgendeiner der ersten Säulen (121) fehlt.
  3. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Feldausdehnungszone (123) längs der vertikalen Achse von einer der ersten Säulen (121) angeordnet und längs der vertikalen Achse von irgendeiner der zweiten Säulen (122) fehlt.
  4. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein erster Abschnitt (122a) der Superübergangsstruktur, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche (101), einen Überschuss an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps hat und bei der ein zweiter Abschnitt, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche (102), einen Überschuss an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps hat.
  5. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der der erste Abschnitt (122a) sich über wenigstens ein Drittel und höchstens zwei Drittel der vertikalen Ausdehnung der zweiten Säule (122) erstreckt und bei der der zweite Abschnitt sich über einen verbleibenden Abschnitt der zweiten Säule (122) erstreckt.
  6. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, bei der in dem ersten Abschnitt eine Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in einer vertikalen Ausdehnungseinheit eine Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Ausdehnungseinheit um wenigstens 10 % überschreitet und in dem zweiten Abschnitt eine Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in einer vertikalen Ausdehnungseinheit eine Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Ausdehnung um wenigstens 10 % überschreitet.
  7. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erste Abschnitt (122a) sich über 40 % bis 60 % einer vertikalen Ausdehnung der zweiten Säulen (122) erstreckt und bei der der zweite Abschnitt sich über einen verbleibenden Teil der vertikalen Ausdehnung der zweiten Säulen (122) erstreckt.
  8. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich die Feldausdehnungszone (123) von einer Zwischenfläche zwischen der Bodyzone (115) und der entsprechenden zweiten Säule (122) in die zweite Säule (122) erstreckt.
  9. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Feldausdehnungszone (123) in einem zentralen Teil der entsprechenden zweiten Säule (122) gebildet und von benachbarten ersten Säulen (121) beabstandet ist.
  10. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei der eine maximale Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone (123) wenigstens das Zweifache einer maximalen Fremdstoffkonzentration in dem direkt angrenzenden Teil der zweiten Säule (122) beträgt und bei der eine maximale Fremdstoffkonzentration in der Bodyzone (115) wenigstens das Zweifache der maximalen Fremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone (123) beträgt.
  11. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Feldausdehnungszone (123) zwischen der ersten Oberfläche (101) und einer der ersten Säulen (121) vorgesehen ist.
  12. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin umfassend eine Verbindungszone (123a) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch die Feldausdehnungszone (123) und die Bodyzone (115) verbindet.
  13. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiterhin umfassend eine vergrabene Gateelektrode (210), die in einem Trench (230) vorgesehen ist, der sich von der ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterteil (100) in der vertikalen Ausdehnung von einer der ersten Säulen (121) erstreckt.
  14. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die ersten Säulen (121) einen stark dotierten Teil, der zu den zweiten Säulen (122) ausgerichtet ist, und einen schwach dotierten Teil, der von den ersten Säulen (121) jeweils durch den stark dotierten Teil beabstandet ist, aufweisen.
  15. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin umfassend dielektrische Liner zwischen den ersten und zweiten Säulen (121, 122).
  16. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Feldausdehnungszone (123) zwischen der ersten Oberfläche (101) und einer der ersten Säulen (121) vorgesehen ist und eine Verbindungszone (123a) des zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch die Feldausdehnungszone (123) und die Bodyzone (115) in einer vertikalen Projektion eines ersten Abschnittes des stark dotierten Teiles verbindet.
  17. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der eine Vielzahl von Verbindungszonen (123a) sich mit zweiten Abschnitten der stark dotierten Teile in einer lateralen Richtung parallel zu der ersten Oberfläche (101) abwechseln, wobei die zweiten Abschnitte der stark dotierten Teile strukturell die ersten Säulen (121) mit einem Kanalteil der Bodyzone (115) verbinden, wo ein leitender Kanal in einem Einschaltzustand der Vorrichtung (500) gebildet ist.
  18. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Kanalteil direkt an ein Gatedielektrikum angrenzt, das zwischen der Bodyzone (115) und der Gateelektrode (210) vorgesehen ist.
  19. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der eine vertikale Ausdehnung der Feldausdehnungszone (123) wenigstens 2 µm beträgt.
  20. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Feldausdehnungszone (123) höchstens 1016 cm-3 beträgt.
  21. Superübergang-Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Fremdstoffschicht (130) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einem Halbleiterteil (100) gebildet ist, das eine erste Oberfläche (101) und eine zweite Oberfläche (102) parallel zu der ersten Oberfläche (101) hat, eine Superübergangsstruktur, die erste Säulen (121) des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Säulen (122) eines entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Fremdstoffschicht (130) umfasst, wobei ein Vorzeichen einer Kompensationsrate zwischen den ersten und zweiten Säulen (121, 122) sich längs einer vertikalen Ausdehnung der Säulen (121, 122) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101) ändert, eine Bodyzone (115) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der ersten Oberfläche (101) und einer der zweiten Säulen (122) gebildet ist, und wenigstens eine Feldausdehnungszone (123) des ersten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit der Fremdstoffschicht (130) verbunden und in der vertikalen Projektion von wenigstens einer der ersten und zweiten Säulen (121, 122) angeordnet ist, wobei eine Flächenfremdstoffdichte in der Feldausdehnungszone (123) zwischen 1 × 1012 und 5 × 1012 cm-2 liegt.
  22. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, bei der räumlich getrennte Feldausdehnungszonen (123) in der vertikalen Projektion der ersten Säulen (121) angeordnet sind.
  23. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, bei der räumlich getrennte Feldausdehnungszonen (123) in der vertikalen Projektion der zweiten Säulen (122) angeordnet sind.
  24. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, bei der räumlich getrennte Feldausdehnungszonen (123) in der vertikalen Projektion der ersten und zweiten Säulen (121, 122) angeordnet sind.
  25. Superübergang-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Feldausdehnungszone (123) eine zusammenhängende Schicht ist.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9318549B2 (en) * 2013-02-18 2016-04-19 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a super junction structure having a vertical impurity distribution
US9117694B2 (en) 2013-05-01 2015-08-25 Infineon Technologies Austria Ag Super junction structure semiconductor device based on a compensation structure including compensation layers and a fill structure
US9024383B2 (en) 2013-05-01 2015-05-05 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a super junction structure with one, two or more pairs of compensation layers
US9070580B2 (en) * 2013-05-01 2015-06-30 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a super junction structure based on a compensation structure with compensation layers and having a compensation rate gradient
DE102014119384A1 (de) * 2014-12-22 2016-06-23 Infineon Technologies Austria Ag Ladungkompensationsvorrichtung
DE102015116576B4 (de) 2015-09-30 2021-11-25 Infineon Technologies Austria Ag Superjunction-Halbleitervorrichtung mit entgegengesetzt dotierten Halbleiterbereichen, die in Gräben ausgebildet sind, und Verfahren zur Herstellung
US9960269B2 (en) * 2016-02-02 2018-05-01 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
DE102016113129B3 (de) * 2016-07-15 2017-11-09 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung, die eine Superjunction-Struktur in einem SiC-Halbleiterkörper enthält
JP6757288B2 (ja) * 2017-04-14 2020-09-16 株式会社東芝 半導体装置
CN108615724B (zh) * 2018-05-08 2020-05-22 西安交通大学 一种微感型igbt并联均流结构
CN110391290B (zh) * 2019-08-12 2020-07-31 电子科技大学 一种具有变掺杂场截止层的超结逆阻型igbt
CN113506828A (zh) * 2021-07-05 2021-10-15 西安卫光科技有限公司 一种mosfet器件结构及制造方法
CN114628493A (zh) * 2021-12-22 2022-06-14 上海功成半导体科技有限公司 超结器件结构及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19840032C1 (de) 1998-09-02 1999-11-18 Siemens Ag Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dazu
JP2004134714A (ja) 2002-08-13 2004-04-30 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子
US20090079002A1 (en) 2007-09-21 2009-03-26 Jaegil Lee Superjunction Structures for Power Devices and Methods of Manufacture
JP2009188177A (ja) 2008-02-06 2009-08-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
US20120007173A1 (en) 2010-07-12 2012-01-12 Denso Corporation Semiconductor device and manufacturing method of the same

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6081009A (en) * 1997-11-10 2000-06-27 Intersil Corporation High voltage mosfet structure
DE19808348C1 (de) * 1998-02-27 1999-06-24 Siemens Ag Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
JP3988262B2 (ja) * 1998-07-24 2007-10-10 富士電機デバイステクノロジー株式会社 縦型超接合半導体素子およびその製造方法
US6291856B1 (en) * 1998-11-12 2001-09-18 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device with alternating conductivity type layer and method of manufacturing the same
JP2001119022A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US6472678B1 (en) * 2000-06-16 2002-10-29 General Semiconductor, Inc. Trench MOSFET with double-diffused body profile
JP4843843B2 (ja) * 2000-10-20 2011-12-21 富士電機株式会社 超接合半導体素子
DE10120656C2 (de) 2001-04-27 2003-07-10 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit erhöhter Avalanche-Festigkeit
US7405452B2 (en) * 2004-02-02 2008-07-29 Hamza Yilmaz Semiconductor device containing dielectrically isolated PN junction for enhanced breakdown characteristics
JP4940546B2 (ja) * 2004-12-13 2012-05-30 株式会社デンソー 半導体装置
JP4939760B2 (ja) * 2005-03-01 2012-05-30 株式会社東芝 半導体装置
KR101279574B1 (ko) 2006-11-15 2013-06-27 페어차일드코리아반도체 주식회사 고전압 반도체 소자 및 그 제조 방법
DE102007001108B4 (de) 2007-01-04 2012-03-22 Infineon Technologies Ag Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP4564510B2 (ja) * 2007-04-05 2010-10-20 株式会社東芝 電力用半導体素子
US20090057713A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a semiconductor body
US7936010B2 (en) 2007-12-27 2011-05-03 Infineon Technologies Austria Ag Power semiconductor having a lightly doped drift and buffer layer
DE102008003984B4 (de) 2008-01-11 2011-06-22 MAICO Elektroapparate-Fabrik GmbH, 78056 Rohrventilator
JP2009272397A (ja) * 2008-05-02 2009-11-19 Toshiba Corp 半導体装置
CN101924132B (zh) * 2009-06-09 2013-05-01 株式会社东芝 功率用半导体器件
US8084811B2 (en) * 2009-10-08 2011-12-27 Monolithic Power Systems, Inc. Power devices with super junctions and associated methods manufacturing
US8525260B2 (en) * 2010-03-19 2013-09-03 Monolithic Power Systems, Inc. Super junction device with deep trench and implant
CN202042487U (zh) * 2011-05-20 2011-11-16 无锡新洁能功率半导体有限公司 一种具有超结结构的半导体器件
US9318549B2 (en) * 2013-02-18 2016-04-19 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a super junction structure having a vertical impurity distribution

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19840032C1 (de) 1998-09-02 1999-11-18 Siemens Ag Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dazu
JP2004134714A (ja) 2002-08-13 2004-04-30 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子
US20090079002A1 (en) 2007-09-21 2009-03-26 Jaegil Lee Superjunction Structures for Power Devices and Methods of Manufacture
JP2009188177A (ja) 2008-02-06 2009-08-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
US20120007173A1 (en) 2010-07-12 2012-01-12 Denso Corporation Semiconductor device and manufacturing method of the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN103996705B (zh) 2017-09-01
CN103996705A (zh) 2014-08-20
DE102014100883A1 (de) 2014-08-21
US9318549B2 (en) 2016-04-19
US20140231903A1 (en) 2014-08-21
US9825127B2 (en) 2017-11-21
US20160218174A1 (en) 2016-07-28

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