WO2002013257A2

WO2002013257A2 - Mittels feldeffekt steuerbares halbleiterschaltelement mit zwei steuerelektroden

Info

Publication number: WO2002013257A2
Application number: PCT/EP2001/008718
Authority: WO
Inventors: Franz Hirler; Jenoe Tihanyl; Wolfgang Werner
Original assignee: Infineon Technologies Ag
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2002-02-14
Also published as: WO2002013257A3; DE10038177A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mittels Feldeffekt steuerbare Halbleiteranordnung, die einen Halbleiterkörper (100) mit einer dotierten ersten und zweiten Anschlusszone (20, 22, 24, 30), an die Anschlusselektroden (90, 92) zum Anlegen von Versorgungspotentialen angeschlossen sind, aufweist. Eine erste Steuerelektrode (40, 42, 44; 48, 49) ist gegenüber dem Halbleiterkörper (100; 200) isoliert und an ein erstes Ansteuerpotential anschließbar. Benachbart zu der ersten Elektrode (60, 62, 64; 66, 68; 67, 69; 61, 63) angeordnet, die isoliert in dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist und die an ein zweites Ansteuerpotential anschließbar ist.

Description

Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterschaltelement mit zwei Steuerelektroden

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET) .

Der grundsätzliche Aufbau herkömmlicher Feldeffektransistoren ist beispielsweise in Stengl/Tihanyi : "Leistungs-MOSFET Pra- xis", Pflaum Verlag, München, 1992 auf den Seiten 29 bis 33 beschrieben. Danach weisen herkömmliche FET eine erste Anschlusselektrode (Source-Elektrode) die an eine erste Anschlusszone (Source-Zone) eines Halbleiterkörpers angeschlossen ist, und eine zweite Anschlusselektrode (Drain- Elektrode) , die an eine zweite Anschlusszone des Halbleiterkörpers angeschlossen ist, auf. Zur Steuerung eines leitenden Kanals zwischen der ersten und zweiten Anschlusselektrode, bzw. der ersten und zweiten .Anschlusszone, in dem Halbleiterkörper ist eine Steuerelektrode (Gate-Elektrode) vorgesehen, die gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert ist und die an ein Ansteuerpotential anschließbar ist. Die Steuerelektrode kann dabei auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet sein oder sich bei sogenannten Graben-FET in den Halbleiterkörper hinein erstrecken.

Bei sogenannten selbstsperrenden FET ist eine Kanalzone, die komplementär zu der Source- und Drain-Zone dotiert ist, zwischen diesen beiden Zonen angeordnet. Die Gate-Elektrode ist dabei benachbart zu der Kanalzone angeordnet und dient dazu bei Anlegen eines Ansteuerpotentials einen leitenden Kanal in der Kanalzone zu erzeugen, um bei Anlegen einer Spannung zwischen der Drain- und Source-Elektrode einen Stromfluss in dem Halbleiterkörper zu ermöglichen.

Bei selbstleitenden FET ist üblicherweise keine komplementär dotierte Kanalzone vorhanden. Aufgabe der Gate-Elektrode ist es bei diesen FET einen normalerweise leitenden Kanal zwi- sehen Drain- und Source-Elektrode durch Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode abzuschnüren, um einen Stromfluss zwischen der Source- und Drain-Elektrode bei einer zwischen diesen Elektroden anliegenden VersorgungsSpannung zu unterbinden.

Für viele Anwendungen ist es angestrebt, dass der FET einen geringen Einschaltwiderstand und eine hohe Spannungsfestigkeit, bzw. eine hohe Durchbruchspannung, aufweist. Der Ein- schaltwiderstand ist definiert als Quotient aus der Spannung zwischen Drain- und Source-Elektrode und dem zwischen diesen Elektroden fließenden Drain-Strom. Die Durchbruchspannung ist die Drain-Source-Spannung bei der ein selbstsperrender FET in den Durchbruch geht, wenn das Gate nicht angesteuert ist.

Die Durchbruchspannung kann durch eine dickere Isolationsschicht zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleiterkörper erhöht werden. Diese Maßnahme geht allerdings zu Lasten.des. Einschaltwiderstandes und vergrößert den Wert einer parasitä- ren Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Drain- Elektrode. Die Vergrößerung dieser Kapazität erhöht die Schaltverluste des FET bei hohen Schaltfrequenzen.

Zur Erhöhung der Durchbruchspannung ist es auch bekannt, die Drain-Zone aus einer stärker dotierten ersten Zone benachbart zu der Drain-Elektrode und einer schwächer dotierten zweiten Zone, die sich zwischen der ersten Zone und der Kanalzone erstreckt, auszubilden. Die Spannungsfestigkeit wird dabei maßgeblich durch die Dotierungskonzentration und die Abmessung der zweiten Zone in Richtung des Stromflusses bestimmt. Allerdings nimmt der Einschaltwiderstand mit abnehmender Dotierung der zweiten Zone und mit zunehmender Abmessung der zweiten Zone zu.

Aus dem Aufsatz "Dummy Gated Radio Frequency VDMOSFET with

High Breakdown Voltage and Low Feedback Capacitance" von Shu- ming Xu et al . , IEEE ISPSD 2000, Seiten 385 bis 388, ist es bekannt, bei einem VDMOSFET neben einer Gate-Elektrode eine weitere Elektorde oberhalb einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers anzuordnen. Diese Vorgehen ist platzauf ändig und im Hinblick darauf, dass auf der Oberfläche des Halbleiterkör- pers nur begrenzt Platz zur Verfügung steht, nachteilig.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, bei dem eine hohe Durchbruchspannung bei einem geringen Ein- schaltwiderstand, bzw. bei geringen Schaltverlusten, erzielt werden kann und das zudem platzsparend realisiert werden kann.

Dieses Ziel wird durch eine Halbleiteranordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Danach weist die Halbleiteranordnung, einen Halbleiterkörper mit einer dotierten ersten Anschlusszone, an -die -eine erste Anschlusselektrode angeschlossen ist, und mit einer zweiten Anschlusszone, an die eine zweite Anschlusselektrode angeschlossen ist, auf. Die Halbleiteranordnung weist weiterhin eine erste Steuerelektrode auf, die durch eine erste Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörpers isoliert ist und die an ein erstes Ansteuerpotential anschließbar ist. Die erste Steuerelektrode dient zur Steuerung eines leitenden Kanals zwischen der ersten und zweiten Anschlussklemme und ist vorzugsweise benachbart zu der ersten Ansachlusszone ausgebildet.

Zudem weist das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement eine benachbart zu der ersten Elektrode angeordnete zweite Steuerelektrode auf, die durch eine zweite Isolationsschicht isoliert in dem dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die an ein zweites Ansteuerpotential anschließbar ist.

Die zweite Elektrode, die vorzugsweise vollständig in der zweiten Anschlusszone ausgebildet ist , dient dazu, die erste Steuerelektrode bei einer zwischen den Anschlusselektroden, bzw. den Anschlusszonen, anliegenden VersorgungsSpannung "abzuschirmen", d.h. sie verringert eine an der ersten Isolationsschicht der ersten Steuerelektrode wirkende Feldstärke. Dadurch kann bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement die ersten Isolationsschicht gegenüber herkömmlichen derartigen Halbleiterbauelementen bei gleicher Spannungsfestigkeit verringert werden. Hierdurch verringert sich zum einen der Einschaltwiderstand und zum anderen reduzieren sich die Werte parasitärer Kapazitäten zwischen der ersten Steuerelektrode und der zweiten Anschlusszone (Gate-Drain-Elektrode) , was zu geringeren Schaltverlusten führt. Da bei dem erfindungsgemäßen Bauelement die Spannung zwischen erster und zweiter Anschlusselektrode größtenteils im Bereich der zweiten Steuer- elektrode abfällt, kann die Dotierung der zweiten Anschlusszone gegenüber herkömmlichen FET erhöht werden ohne die Isolationsschicht der ersten Steuerelektrode mit einer höheren Feldstärke zu belasten. Dies -führt zu einer weiteren Verringerung des Einschaltwiderstandes.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dicke der ersten Isolationsschicht geringer als die Dicke der zweiten Isolationsschicht ist. Wie erwähnt, werden durch die Dicke der ersten Isolationsschicht die Schaltverluste des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements beein- flusst, wobei für eine Minimierung dieser Schaltverluste die erste Isolationsschicht möglichst dünn ausgebildet ist.

Vorzugsweise sind die erste Anschlusszone und die zweite Steuerelektrode an ein gemeinsames Potential angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform muss nur ein gemeinsames Potential für die zweite Steuerelektrode und die erste Anschlusszone zur Verfügung gestellt werden, wodurch der Verdrahtungsaufwand in dem Halbleiterbauelement reduziert ist . Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Anschlusszone eine an die zweite Anschlusselektrode anschließende erste Zone und eine an die erste Zone an- schließende zweite Zone aufweist ,' wobei die zweite Zone vorzugsweise niedriger als die erste Zone dotiert ist. Zur Herstellung eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sind die erste Zone und die zweite Zone komplementär dotiert, während sie zur Herstellung eines Feldeffekttransistors vom sel- ben Leitungstyp sind.

Die vorliegende Erfindung, insbesondere das Vorsehen einer zweiten Steuerelektrode benachbart zu der ersten Steuerelektrode, ist sowohl für selbstsperrende Feldeffekttransistoren als auch für selbstleitenden Feldeffekttransistoren einsetzbar.

Bei selbstsperrenden Feldeffekttransistoren ist eine Kanalzone vorgesehen, die komplementär zu der ersten und zweiten An- Schlusszone dotiert ist und welche zwischen der ersten Anschlusszone und der zweiten Anschlusszone beziehungsweise der zweiten Zone der zweiten Anschlusszone, ausgebildet ist. Die erste Steuerelektrode erstreckt sich dabei benachbart zu der Kanalzone von der ersten Anschlusszone bis in die zweite An- Schlusszone, um bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die erste Steuerelektrode einen leitenden Kanal in der Kanalzone hervorzurufen .

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Steuerelektrode und die zweite Steuerelektrode in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers übereinander angeordnet sind. Diese Anordnung kommt insbesondere bei Halbleiterbauelementen in vertikaler Bauweise zur Anwendung, bei denen die erste Anschlusselektrode an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers und bei denen die zweite Anschlusselektrode auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, wo- bei sich der stromführende Pfad in vertikaler Richtung durch den Halbleiterkörper erstreckt.

Vorzugsweise sind die erste und zweite Steuerelektrode ge- trennt durch eine Isolationsschicht in einem gemeinsamen Graben angeordnet, welcher sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt. Diese Anordnung ermöglicht eine unaufwändige Herstellung der zweiten Steuerelektrode im Rahmen bekannter Prozesse zur Herstellung von feldeffektgesteu- erten Halbleiterbauelementen.

Auch bei Halbleiterbauelementen in vertikaler Bauweise besteht jedoch die Möglichkeit, die erste und die zweite Steuerelektrode in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers ne- beneinander anzuordnen. Dabei können die erste und zweite E- lektrode auch in einem gemeinsamen Graben nebeneinander angeordnet werden, wobei die beiden Elektroden durch eine Isolationsschicht -getrennt sind und wobei die zweite Elektrode in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers vorzugsweise länger als die erste Elektrode ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem Übergangsbereich des Halbleiterkörpers zwischen der ersten und zweiten Steuerelektrode eine dotierte Zone ausge- bildet ist, die komplementär zu dem umgebenden Halbleiterbereich dotiert ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiter- bauelements.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren näher beschrieben

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Ansicht im Querschnitt. Figur 2 zeigt eine Halbleiteranordnung gemäß Fig. 1 in Draufsicht auf die in Fig. 1 eingezeichnete Schnittebene A-A¹.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Schnittdarstellung.

Figur 4 zeigt eine selbstleitende erfindungsgemäße Halbleiteranordnung in seitlicher Darstellung im Querschnitt.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Halbleiteranordnung in seitlicher

Schnittdarstellung .

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung, - bei welcher eine erste und eine zweite Steuerelekt- rode in einem gemeinsamen Graben nebeneinander angeordnet sind.

Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung mit nebeneinander angeordneten ersten und zweiten Steu- ere1ektroden .

Figur 8 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung .

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Bereiche mit gleicher Bedeutung. Die vorliegende Erfindung ist in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand eines n-leitenden Feldeffekttransistors (FET) veranschaulicht. Die Ausführungen gelten selbstverständlich auch für p-leitende Halbleiterbauelemente, wobei dann n-leitende Zonen durch p-leitende Zonen ersetzt werden müssen, und umgekehrt. Die Source-Zone eines FET bil- ω ω M t μ-

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elektrode 60, 62, 64 für einen hohen Spannungsabfall im Bereich der Drain-Zone, so dass die zweite Zone 302 höher dotiert sein kann.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement tritt nach außen wie ein Feldeffekttransistor in Erscheinung, d.h. es ist eine erste Anschlussklemme 90, S vorhanden, welche der Source- Elektrode entspricht, es ist eine zweite Anschlussklemme 92, D vorhanden, welche der Drain-Elektrode entspricht und es ist eine erste Steuerklemme G vorhanden, welche der Gate- Elektrode entspricht . Auch das Schaltverhalten des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements entspricht dem eines Feldeffekttransistors, insbesondere eines MOS-FET, wobei das Halbleiterbauelement nach der Erfindung einen niedrigeren Einschaltwiderstand und geringere Schaltverluste als herkömmliche MOS-FET aufweist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in seitlicher Schnittdar- Stellung, dessen Aufbau im wesentlichen dem des Halbleiterbauelements gemäß Fig. 1 entspricht. Während bei dem Bauelement gemäß Fig. 1 die erste Steuerelektrode 40, 42, 44 nur knapp bis in die zweite Anschlusszone 30 reicht, erstreckt sich die erste Anschlusselektrode 40 (auf Bezugszeichen für die übrigen Zellen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet) bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weit in die zweite Anschlusszone 30. Die zweite Anschlusszone 30 besteht bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 aus einer stark dotierten ersten Zone 301, welche sich an die zweite Anschluss- elektrode 92 anschließt. Benachbart zu der ersten Zone ist eine n-dotierte Zone 303 ausgebildet, welche vorzugsweise als Epitaxie-Schicht ausgebildet ist und an welche sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkδrpers 100 eine weitere n- dotierte Zone 304 anschließt, welche die Bereiche zwischen den in lateraler Richtung nebeneinander liegenden ersten

Steuerelektroden 40 und den in lateraler Richtung nebeneinander liegenden zweiten Steuerelektroden 60 ausfüllt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist in seitlicher Schnittdarstellung in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind zweite Elekt- roden 66, 68 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu den ersten Elektroden 40, 42 angeordnet und besitzen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers eine größere Ausdehnung als die ersten Steuerelektroden 40, 42. Vorzugsweise sind Bereiche der zweiten Anschlusszone 30, wel- ehe sich zwischen den ersten Steuerelektroden 40, 42 und den zweiten Steuerelektroden 66, 68 erstrecken, p-dotiert, wie in Fig. 4 durch die gestrichelt eingezeichneten Bereiche 310, 312 angedeutet ist. Die zweiten Steuerelektroden 66, 68 sind vollständig von Isolationsschichten 76, 78 umgeben, welche vorzugsweise dicker als die Isolationsschichten 50, 52 der ersten Steuerelektroden sind. Durch die laterale Ausdehnung der zweiten Steuerelektroden 66, 68 können die Abstände zwischen- den -zweiten Steuerelektroden 66, 68 und damit die Abmessungen des leitenden Kanals zwischen den ersten und zwei- ten Anschlusselektroden 90, 92 beeinflusst werden. Dabei gilt, dass die Feldstärke, die letztlich auf die dünnere Isolationsschicht 50, 52 der ersten Steuerelektroden 40, 42 wirkt, um so geringer ist, je geringer die Abstände der zweiten Steuerelektroden 66 , 68 sind. Die zweiten Steuerelektro- den 66 , 68 wirken nach Art eines Feldplattengitters an dem der Spannungsabfall um so größer ist, je feiner das Gitter ist, d.h. je näher die einzelnen Elektroden 66, 68 beieinander liegen. Die zweite Anschlusszone 30 kann auch bei dieser Ausführungsform aus einer ersten Zone 301 und einer zweiten Zone 303, 304 bestehen, die wiederum eine Eptaxie-Schicht 303 aufweisen kann.

Bei einer in Fig. 4 nicht näher dargestellten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass die zweiten Elektroden bis in die stark dotierte erste Zone 301 der zweiten Anschlusszone 30 reichen. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem erste Steuerelektroden 48, 49 und zweite Steuerelektroden 67, 69 nebeneinander in jeweis einem gemeinsamen Graben 110, 112, 114 des Halbleiter- kδrpers 100 angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Steuerelektroden 48, 68; 49, 69 jeweils durch eine Isolationsschicht 77, 79 voneinander und gegenüber dem Halbleiterkörper 100 getrennt sind. Die zweite Steuerelektrode 67, 69 erstreckt sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in vertikaler Richtung des Halbleiterkδrpers 100 weiter in die zweite Anschlusszone 30 hinein als die erste Anschlusselektrode 48, 49, welche nur knapp bis in die zweite Anschlusszone 30, umgeben von der Isolationsschicht 77, hineinreicht. Die Dicke der Isolationsschicht, die die ersten Steuerelektroden 48, 49 von dem Halbleiterkörper trennt, ist dabei dünner als die Dicke der Isolationsschicht, die die zweite Elektrode 67, 69 von dem Halbleiterkörper 100 trennt.

Die ersten Steuerelektroden 48, 49 und die zweiten Steuer- elektroden 67, 69 können plattenfδrmig ausgebildet sein, wobei jeweils zwei erste Steuerelektroden 48 jeweils eine zweite Steuerelektrode 67 flankieren. Die ersten Steuerelektroden können 48 die zweite Steuerelektrode 67 im oberen Bereich auch vollständig umschließen. Die ersten Steuerelektroden 48, 49 sind an gemeinsames erste Ansteuerpotential anschließbar, bzw. angeschlossen, und die zweiten Steuerelektroden 67, 69 sind an ein gemeinsames Ansteuerpotential anschließbar, bzw. angeschlossen.

Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen stets eine komplementär zu der ersten und zweiten Anschlusszone 20, 22, 24, 30 dotierte Kanalzone 80 zwischen der ersten Anschlusszone 20, 22, 24 und der zweiten Anschlusszone 30 ausgebildet ist, zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines er- findungsge äßen Halbleiterbauelements, bei welchem die erste Anschlusszone 30 unmittelbar bis an die zweite Anschlusszone 20, 24 heranreicht. Die zweite Anschlusszone 30 besteht dabei aus einer n-dotierten ersten Zone 301, die benachbart zu der zweiten Anschlusselektrode 92 ausgebildet ist und aus einer n-dotierten zweiten Zone 306, die zwischen der ersten Zone 301 und der zweiten Anschlusszone 20, 24 angeordnet ist. Die in Fig. 6 dargestellte Halbleiteranordnung ist selbstleitend, d.h. bei Anlagen einer VersorgungsSpannung zwischen der ersten Anschlussklemme 90, S und der zweiten Anschlussklemme 92, D fließt ein Strom in vertikaler Richtung durch den Halbleiterkörper 100, wenn die erste Steuerelektrode 40, 42 auf ei- nem Bezugspotential liegt. Wird an die erste Steuerelektrode 40, 42, G ein Ansteuerpotential angelegt, welches zu einer negativen Spannung zwischen der Gate-Elektrode G und der Source-Elektrode 90, S führt, so wird der leitende Kanal zwischen den ersten Steuerelektroden 40, 42 abgeschnürt, wodurch das Potential in der zweiten Zone 306 im unteren Bereich der ersten Steuerelektroden 40, 42, ansteigt. In der Folge werden auch die leitenden Kanäle zwischen den Steuerelektroden 60, 62, die auf einem festen Ansteuerpotential, vorzugsweise dem Potential der ersten Anschlusselektrode 90, liegen, abge- schnürt und die Halbleiteranordnung sperrt. Wie auch bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist die Isolationsschicht 70, 72 der zweiten Steuerelektroden 60, 62 dicker als die Isolationsschicht um die ersten Steuerelektroden 40, 42.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welcher eine erste Steuerelektrode 40, 42 und eine zweite Steuerelektrode 61, 63 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers nebeneinander angeordnet sind, wobei die ersten Steuerelektroden 40, 42 von ersten Isolationsschichten 50, 52 und wobei die zweiten Steuerelektroden 61, 63 jeweils von zweiten Isolationsschichten 71, 73 umgeben sind. Die ersten Steuerelektroden 40, 42 sind dabei benachbart zu ersten Anschlusszonen 20, 22 angeordnet, welche an eine erste Anschlusselektrode 90, S angeschlossen sind, die auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist . Eine zweite Anschlusselektrode 92 , D ist auf einer Rückseite des Halbleiterkδrpers 100 angeordnet. Die zweite Anschlusselektrode 92, D dient zum Kontaktieren einer zweiten Anschlusszone 30, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 eine p-dotierte erste Zone 307 im Anschluss an die zweite Anschlusselektrode 92, D und eine n-dotierte zweite Zone 302 im Anschluss an die erste Zone 307 aufweist. Zwischen der zweiten Anschlusszone 30, bzw. der zweiten Zone 302, und der ersten Anschlusszone 20, 22 ist eine p-leitende Kanalzone 80 ausgebildet, entlang derer sich die ersten Steuerelektroden 40, 42 ausgehend von der Vorderseite des Halb- leiterkörpers 100 bis in die erste Anschlusszone 30 erstrecken. Zwischen den ersten und zweiten Steuerelektroden 40, 42, 61, 63 sind oberhalb der Drain-Zone 30 und unterhalb der Source-Elektrode 90 weitere p-dotierte Zonen 85, 86, 87 ausgebildet, die gegenüber der Source-Elektrode 90 durch Isola- tionsschichten 185, 186, 187, 188 isoliert sind.

Das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 7 funktioniert bedingt durch die komplementär dotierten ersten und zweiten Zonen

302, 307 der zweiten Anschlusszone, bzw. der Drain-Zone, nach Art eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) . Auch bei dieser Ausführungsform schirmen die zweiten Streuerelektroden 61, 63 die ersten Steuerelektroden ab und verhindern große Feldstärken an den ersten Isolationsschichten 50, 52. Die p- dotierten Zonen 85, 86, 87, 88 zwischen den ersten und zwei- ten Steuerelektroden 40, 42, 61, 63, die nicht mit der Source-Elektrode 90 in Verbindung stehen, befinden sich auf dem Potential des oberen Teils der zweiten Zone 302, welches sich mit dem Potential an der Drain-Elektrode 92 ändert . Die Flächen, an denen die Steuerelektroden 40, 42 und die p- dotierten Zonen überlappen (Gate-Drain-Überlapp) tragen zur Gate-Drain-Kapazität bei. Die Elektroden 61, 63 schirmen die die ersten Steuerelektroden 40, 42 gegen das Drainpotential ab, so dass ein Verschiebungsstrom, der durch eine Änderung des Drainpotentials hervorgerufen wird, zum Teil von den zweiten Steuerelektroden 61, 63 übernommen wird. Gegenstand der Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, das anhand des.¹ Figur 1 erläutert werden soll .

In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Halbleiterkörper 100 bereitgestellt, der eine erste Anschlusszone 20, 22, 24 eines ersten Leitungstyps n, eine zweite Anschlusszone 30 des ersten Leitungstyps n und eine zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone 20, 22, 24, 30 angeordnete Kanalzone 80 ei- nes zweiten Leitungstyps p aufweist. In einem nächsten Verfahrensschritt wird ausgehend von einer Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100 wenigstens ein Graben 110, 112, 114 in dem Halbleiterkörper 100 erzeugt, wobei sich der Graben 110, 112, 114 durch die erste Anschlusszone 20, 22, 24 und durch die Kanalzone 80 bis in die zweite Anschlusszone 30 erstreckt .

Danach wird eine Isolationsschicht, welche die späteren ersten und zweiten Isolationsschichten 50, 52, 54, 70, 72, 74 bildet, auf Seitenflächen der Gräben 110, 112, 114 aufgebracht. Anschließend wird zur Bildung der zweiten Steuerelektroden 60, 62, 64 eine erste Schicht eines Elektrodenmaterials in die Gräben 110, 112, 114 eingebracht, welche die Gräben teilweise auffüllt. Die erste Schicht reicht in der Höhe vorzugsweise nicht bis in die Kanalzone 80, wodurch die zweiten Steuerelektroden 60, 62, 64 vollständig in der zweiten Anschlusszone 30 ausgebildet sind.

Auf der ersten Schicht aus Elektrodenmaterial wird in den Gräben dann eine weitere Isolationsschicht aufgebracht, wobei diese weitere Isolationsschicht und die schon an den Seitenwänden im Bereich der zweiten Elektroden aufgebrachte Isolationsschicht die zweiten Isolationsschichten 70, 72, 74 der zweiten Steuerelektroden 60, 62, 64 bilden.

In einem nächsten Schritt wird zur Bildung der ersten Steuerelektroden eine weitere Schicht aus Elektrodenmaterial in den Gräben 110, 112, 114 abgeschieden, welche die Gräben 11, 112, 114 vorzugsweise nahezu vollständig auffüllt.

Um die erste Isolationsschicht 50, 52, 54 dünner als die zweite Isolationsschicht 70, 72, 74 auszubilden, ist bei einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vorgesehen, dass die an den Seitenwänden der Gräben 110, 112, 114 aufgebrachte, nach dem Herstellen der zweiten Elektroden 60, 62, 64 freiliegende Isolationsschicht dünner gemacht wird. Die Isolationsschicht besteht vorzugsweise aus einem Halbleiteroxid, das Verringern der Dicke der Oxidschicht erfolgt vorzugsweise durch sogenanntes "oxyde polishing" . Außerdem besteht die Möglichkeit, die erste Isolationsschicht nach dem Herstellen der zweiten Elektroden 60, 62, 64 bis auf die Höhe der zweiten Elektroden 60, 62, 64, beispielsweise durch Ätzen, zu entfernen und dann eine weitere dünnere Isolationsschicht an den Seitenwänden der Gräben aufzubringen.

Nach dem Herstellen der ersten Elektroden 40, 42, 44 wird ei- ne weitere Isolationsschicht auf den ersten Elektroden 40,

42, 44 aufgebracht, die dazu dient, die ersten Elektroden 40, 42, 44 gegenüber der ersten Anschlusselektrode 90 zu isolieren, die in einem nächsten Verfahrensschritt auf die Vorderseite 102 des Halbleiterkörpers 100 aufgebracht wird. Ausser- dem wird eine zweite Anschlusselektrode auf eine Rückseite des Halbleiterkörpers aufgebracht, um zu der Anordnung gemäß Figur 1 zu gelangen.

Alternativ können die zweiten Anschlusszonen 20, 22, 24 auch erst nach der Herstellung der Gräben 110, 112, 114 durch Dotieren der Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt werden, nachdem die Elektroden 40, 42, 44, 60, 62, 64 in den Gräben 110, 112, 114 hergestellt sind.

Um die ersten und zweiten Elektroden 40, 42, 44, 60, 62, 64 zum Anlegen der Ansteuerpotentiale kontaktieren zu können, sind Anschlüsse vorzusehen, die an einer der Oberflächen des Halbleiterkörpers 100 zugänglich sind. Sowohl für die ersten als auch für die zweiten Elektroden 40, 42, 44, 60, 62, 64 besteht hierzu die Möglichkeit, ausgehend von der Vorderfläche 102 des Halbleiterkörpers Kontaktlöcher bis zu den jewei- ligen Elektroden einzubringen, welche die Elektroden 40, 42, 44; 60, 62, 64 an einer Stelle treffen und in welchen isoliert gegenüber dem umgebenden Material Anschlüsse hergestellt werden können. Es besteht auch die Möglichkeit, bei der Herstellung der ersten Elektroden Aussparungen oberhalb der tiefer liegenden zweiten Elektroden 60, 62, 64 zu lassen, in welchen dann Anschlüsse hergestellt werden können.

Die Elektroden können auch derart ausgebildet sein, dass sie an Rändern des Zellenfeldes an der Oberfläche frei liegen, um kontaktiert zu werden.

Die Anschlüsse sowohl für die ersten als auch für die zweiten Elektroden können, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist,- -als - gemeinsame Platte ausgebildet sein, wobei eine Platte alle ersten Elektroden kontaktiert und wobei eine weitere Platte alle zweiten Elektroden kontaktiert und wobei beide Platten in vertikaler Richtung bis an die Vorderseite des Halbleiterkörpers reichen und jeweils von einer Isolationsschicht 75 umgeben sind.

Claims

Patentansprüche

1. Mittels Feldeffekt steuerbare Halbleiteranordnung, die folgende Merkmale aufweist:

- einen Halbleiterkörper (100) mit einer dotierten ersten Anschlusszone (20, 22, 24) und einer dotierten zweiten Anschlusszone (30) ;

- eine an die erste Anschlusszone (20, 22, 24) angeschlossene erste Anschlusselektrode (90) zum Anlegen eines ersten Versorgungspotentials und eine an die zweite Anschlusszone (30; 32, 34) angeschlossene zweite Anschlusselektrode (92) zum Anlegen eines zweiten Versorgungspotentials;

- eine erste Steuerelektrode (40, 42, 44; 48, 49) die durch eine erste Isolationsschicht (50, 52, 54; 77, 79) gegenüber dem Halbleiterkörper (100;- 200) isoliert ist und die an ein erstes Ansteuerpotential anschließbar ist;

g e k e n n z e i c h n e t durch

- eine benachbart zu der ersten Elektrode (40, 42, 44; 48, 49) angeordnete zweite Steuerelektrode (60, 62, 64; 66, 68; 67, 69; 61, 63), die durch eine zweite Isolationsschicht (70, 72, 74; 76, 78; 77, 79; 71, 73; 75) isoliert in dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist und die an ein zweites Ansteuerpotential anschließbar ist.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, bei der die Dicke der ersten Isolationsschicht (50, 52, 54) geringer als die Dicke der zweiten Isolationsschicht (70, 72, 74; 76, 78) ist.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2 , bei der die erste Anschlusszone (20, 22, 24) und die zweite Steuerelektrode (92) an ein gemeinsames Potential angeschlossen sind.

4. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die zweite Anschlusszone (30) eine an die zweite Anschlusselektrode (92) anschließende erste Zone (301; 307) und eine an die erste Zone (301; 307) anschließende zweite Zone (302; 303, 304) aufweist.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, bei der die erste Zone (301) und die zweite Zone (302; 303, 304) von einem ersten Leitungstyp (n) sind.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, bei der die erste Zone (307) von einem zweiten Leitungstyp (p) ist und bei der die zweite Zone (302) vom ersten Leitungstyp (n) ist.

7. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Zone (301) stärker als die zweite Zone dotiert (302; 302, 304) ist.

8. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, bei der die erste Anschlusszone (20, 22, 24) vom ersten

Leitungstyp (n) ist und bei der eine Kanalzone (80) vom zweiten Leitungstyp (p) zwischen der ersten Anschlusszone (20, 22, 24; 28) und der zweiten Anschlusszone (30) ausgebildet ist und wobei sich die isolierte erste Steuerelektrode (40, 42, 44) benachbart zu der Kanalzone (80; 82) von der ersten Anschlusszone (20, 22, 24) bis an die zweite Anschlusszone (30) erstreckt.

9. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, bei der die zweite Steuerelektrode (60, 62, 64; 66, 68) in der zweiten Anschlusszone (30) , vorzugsweise der zweiten Zone (302; 303, 304) der zweiten Anschlusszone (30) angeordnet ist .

10. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Steuerelektrode (50, 52, 54) und die zweite Steuerelektrode (60, 62, 64; 66, 68) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) übereinander angeordnet sind.

11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, bei der die erste Steuerelektrode (40, 42, 44; 48, 49) und die zweite Steuerelektrode (60, 62, 64; 67, 69) getrennt durch eine Isolationsschicht (50, 52, 54, 70, 72, 74; 77, 79) in einem gemeinsamen Graben angeordnet sind.

12. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Steuerelektrode (40, 42; 48, 49) und die zweite Steuerelektrode (61, 63; 67, 69) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (100) nebeneinander angeordnet sind.

13. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste und zweite Steuerelektrode (48, 49, 67, 69) nebeneinander in einem gemeinsamen „Graben angeordnet sind, wobei die zweite Elektrode (67, 69) in vertikaler Rich- tung des Halbleiterkörpers (100) länger als die erste Elektrode (48, 49) ist.

14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, bei der die erste Elektrode (48, 49) die zweite Elektrode (67, 69) wenigstens teilweise umgibt.

15. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der in einem Übergangsbereich des Halbleiterkörpers (100) zwischen der ersten und zweiten Steuerelektrode (40, 42; 66, 68) eine Zone (310, 312) des zweiten Leitungstyps (p) ausgebildet ist.

16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, die folgende Merkmale aufweist :

- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (100) , der eine erste Anschlusszone (20, 22, 24) eines ersten Leitungstyps (n) , ei- ne zweite Anschlusszone (30) des ersten Leitungstyps (n) und eine zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 22, 24, 30) angeordnete Kanalzone (80) eines zweiten Leitungstyps (p) aufweist;

- Herstellen wenigstens eines Grabens (110, 112, 114) in dem Halbleiterkörper (100) , der sich ausgehend von einer Vorderseite des Halbleiterkörpers (100) durch die erste Anschlusszone (20, 22, 24) und die Kanalzone (80) bis in die zweite Anschlusszone (30) erstreckt;

- Abscheiden einer Isolationsschicht an Seitenwänden des wenigstens einen Grabens;

- Einbringen eines ersten Elektrodenmaterials zur Bildung einer zweiten Elektrode (60, 62, 64) in den Graben (110, 112, 114), welches den Graben teilweise auffüllt;

- Aufbringen einer Isolationsschicht auf dem ersten Elektro- denmaterial in dem Graben;

- Einbringen eines zweiten Elektrodenmaterials in den Graben.

17. Verfahren nach Anspruch 16 wobei die Isolationsschicht an Seitenwänden des Grabens (110, 112, 114) nach dem Einbringen des ersten Elektrodenmaterials aber vor dem Einbringen des zweiten Elektrodenmaterials dünner gemacht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Isolationsschicht an den Seitenswänden des Grabens (110, 112, 114) nach dem

Einbringen des ersten Elektodenmaterials zurückgeätzt wird, wobei danach eine dünnere Isolationsschicht an den Seitenwänden des Grabens (110, 112, 114) aufgebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die erste Anschlusszone (20, 22, 24), die Kanalzone (80) und die zweite Anschlusszone (30) in dem Halbleiterkörper (100) schichtartig übereinander angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

100 Halbleiterkörper

102 Vorderseite des Halbleiterkörpers

104 Rückseite des Halbleiterkörpers

110, 112, 114 Graben

20, 22, 24 erste Anschlusszone

30 zweite Anschlusszone

301 erste Zone der zweiten Anschlusszone

302 zweite Zone der zweiten Anschlusszone

303, 304, 306 zweite Zone der zweiten Anschlusszone

310, 312 p-dotierte Zonen

40, 42, 44 erste Steuerelektrode

48, 49 erste Steuerelektrode

50, 52, 54 erste Isolationsschicht

60, 62, 64 zweite Steuerelektrode

61, 63 zweite Steuerelektrode

65 zweite Steuerelektrode

651 gemeinsame Platte der zweiten Elektroden

66, 68 zweite Steuerelektrode

67, 69 zweite Steuerelektrode

70, 72, 74 zweite Isolationsschicht

71, 73 Isolationsschicht

751 Isolationsschicht

76, 78 Isolationsschicht

77, 79 Isolationsschicht

80 Kanalzone

90 erste Anschlusselektrode

92 zweite Anschlusselektrode

D, Dl, D2 Drain-Anschluss

G, Gl, G2 Gate-Anschluss

GND Bezugspotential n n-dotierte Zone p p-dotierte Zone

S, Sl, S2 Source-Anschluss TI erster Transistor

T2 zweiter Transistor

VI Versorgungspotential