DE102004041198A1 - Entladestruktur und Eckstruktur für ein laterales Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrode - Google Patents

Entladestruktur und Eckstruktur für ein laterales Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrode Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entladestruktur für eine Feldelektrode eines lateralen, wenigstens eine Feldelektrode aufweisenden Halbleiterbauelements und eine Eckstruktur für ein laterales, wenigstens eine Feldelektrode aufweisenden Halbleiterbauelements, das aufweist: einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, eine in dem Halbleiterkörper unterhalb der ersten Seite angeordnete, sich in einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers zwischen einer ersten und einer zweiten dotierten Anschlusszone erstreckende Driftzone und wenigstens eine in der Driftzone angeordnete, sich ausgehend von der ersten Seite in die Driftzone hinein erstreckende Feldelektrode, die elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein laterales Halbleiterbauelement.
  • Derartige laterale Halbleiterbauelemente mit einer in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers verlaufenden Driftstrecke und einem somit in lateraler Richtung verlaufenden Strompfad sind allgemein bekannt. Solche Bauelemente können sowohl als bipolare Bauelemente, wie beispielsweise Dioden oder IGBT, oder als unipolare Bauelemente, wie beispielsweise MOSFET oder Schottky-Dioden, ausgebildet sein.
  • Bei Dioden sind die beiden Anschlusszonen komplementär dotiert und die Driftzone bzw. Basiszone ist vom selben Leitungstyp wie eine der Anschlusszonen, jedoch schwächer dotiert. Die beiden komplementär dotierten Anschlusszonen bilden die Anoden- und Kathodenzonen der Diode.
  • Bei einem MOS-Transistor ist eine als Source-Zone dienende erste Anschlusszone vom selben Leitungstyps wie die als Drain-Zone dienende zweite Anschlusszone vorhanden, wobei die Source-Zone mittels einer Body-Zone des zweiten Leitungstyps von der Driftzone getrennt ist. Zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Body-Zone zwischen der Source-Zone und der Driftzone dient eine isoliert gegenüber den Halbleiterzonen ausgebildete Gate-Elektrode. Bei einem MOSFET sind die Source-Zone und die Drain-Zone vom selben Leitungstyp, während bei einem IGBT die Source-Zone, bzw. Emitterzone, und die Drain-Zone, bzw. Kollektorzone, komplementär dotiert sind.
  • Maßgeblich für die Spannungsfestigkeit solcher Bauelemente, also für die maximal zwischen deren Anschlusszonen anlegbare Spannung, bevor ein Spannungsdurchbruch auftritt, ist die Ausgestaltung, hier insbesondere die Dotierung und die Abmessung in lateraler Richtung, der Driftzone. Die Driftzone nimmt bei derartigen Bauelementen im sperrenden Zustand, bei einer Diode also bei Anlegen einer Spannung, die den pn-Übergang zwischen der Anode und der Driftzone in Sperrrichtung polt, und bei einem MOS-Transistor bei Anlegen einer Laststreckenspannung und Nicht-Ansteuerung der Gate-Elektrode, den Großteil der anliegenden Spannung auf. Eine Reduktion der Dotierstoffkonzentration der Driftzone oder eine Verlängerung der Driftzone in Stromflussrichtung erhöht die Spannungsfestigkeit, geht jedoch zu Lasten des Einschaltwiderstandes.
  • Dem Kompensationsprinzip folgend ist es zur Reduktion des spezifischen Einschaltwiderstandes derartiger lateraler Bauelemente aus der DE 199 58 151 A1 oder der DE 198 40 032 C1 bekannt, eine Kompensationsstruktur mit benachbart angeordneten komplementär dotierten Zonen in der Driftzone vorzusehen, die sich im Sperrfall gegenseitig von Ladungsträgern ausräumen. Hieraus resultiert die Möglichkeit, bei gleichbleibender Spannungsfestigkeit die Driftzone höher zu dotieren, wodurch der Einschaltwiderstand sinkt.
  • Diese komplementär dotierten Zonen, die sich jeweils langgestreckt in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen den Anschlusszonen erstrecken, können beispielsweise durch aufeinanderfolgendes Abscheiden jeweils komplementär dotierter Epitaxieschichten hergestellt werden. Ein derartiges Aufbauprinzip ist allerdings kostenintensiv, da mehrere Epitaxieschritte und pro Epitaxieschicht ein bis zwei maskierte Dotierstoffimplantationen erforderlich sind.
  • Bei vertikalen Halbleiterbauelementen ist es zur Reduzierung des Einschaltwiderstandes außerdem bekannt, isoliert gegenüber der Driftzone wenigstens eine in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers verlaufende Feldelektrode vorzusehen, die auf einem definierten Potential liegt. Diese Feldelektrode bewirkt im Sperrfall ebenfalls eine Kompensation von Ladungsträgern in der Driftzone, woraus sich die Möglichkeit ergibt, die Driftzone des Bauelements gegenüber Bauelementen ohne solche Feldelektrode bei gleichbleibender Spannungsfestigkeit höher zu dotieren, was wiederum zu einer Verringerung des Einschaltwiderstandes führt.
  • In der US 4,941,026 ist ein solches vertikales Bauelement mit einer Feldelektrode beschrieben, die auf einem festen Potential liegt.
  • Halbleiterbauelemente mit einer in der Driftzone angeordneten Feldelektrode sind außerdem in der US 6,717,230 B2 oder der US 6,555,873 B2 beschrieben.
    •
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein laterales, eine Driftzone aufweisendes Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, das einen reduzierten spezifischen Einschaltwiderstand aufweist und das einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 weist folgende Merkmale auf:
    • – einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite,
    • – eine in dem Halbleiterkörper unterhalb der ersten Seite angeordnete, sich in einer ersten lateralen Richtung des Halb leiterkörpers zwischen einer ersten Anschlusszone und einer zweiten Anschlusszone erstreckende Driftzone, wobei die Driftzone wenigstens einen ersten Driftzonenabschnitt aufweist, der zwischen im wesentlichen parallel verlaufenden Abschnitten der ersten und zweiten Anschlusszone angeordnet ist, und wenigstens einen zweiten Driftzonenabschnitt aufweist, der zwischen im wesentlichen parallel verlaufenden Abschnitten der ersten und zweiten Anschlusszone angeordnet ist, wobei ein Übergang zwischen wenigstens einer der ersten und zweiten Anschlusszonen und der Driftzone in einem Eckbereich zwischen dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt abgewinkelt verläuft,
    • – wenigstens eine in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt angeordnete, sich ausgehend von der ersten Seite in die Driftzone hinein erstreckende Feldelektrode, die im wesentlichen elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordnet ist,
    • – eine im Eckbereich angeordnete, die Spannungsfestigkeit im Eckbereich erhöhende Struktur.
  • Eckstrukturen des erfindungsgemäßen Bauelements können dabei im Bereich einer tatsächlichen Ecke des in Draufsicht üblicherweise rechteckförmigen Halbleiterkörpers angeordnet sein, können allerdings auch im Innenbereich eines Halbleiterkörpers vorhanden sein.
  • Zur Vergrößerung der aktiven Bauelementfläche werden die erste Anschlusszone und die zweite Anschlussfläche nämlich häufig so ausgebildet, dass sie in Draufsicht eine kammartige Struktur besitzen. "Zähne" der kammartigen Struktur der ersten Anschlusszone greifen dabei zwischen "Zähne" der kammartigen Struktur der zweiten Anschlusszone, wobei die Driftzone meanderförmig zwischen den sich gegenüberliegenden Kammstrukturen der ersten und zweiten Anschlusszone verläuft und in den Bereichen, in denen der Halbleiterübergang zwischen der Driftzone und einer der ersten und zweiten Anschlusszone abgewinkelt verläuft, einen Eckbereich mit einer die Spannungsfestigkeit im Eckbereich erhöhenden Struktur besitzt.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 19 weist folgende Merkmale auf:
    • – einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite,
    • – eine in dem Halbleiterkörper unterhalb der ersten Seite angeordnete, sich in einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers zwischen einer ersten Anschlusszone und einer zweiten Anschlusszone erstreckende Driftzone,
    • – wenigstens eine in der Driftzone angeordnete, sich ausgehend von der ersten Seite in die Driftzone hinein erstreckende Feldelektrode,
    • – eine komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone, die floatend in der Driftzone angeordnet ist und an welche die wenigstens eine Feldelektrode gekoppelt ist,
    • – eine an die Feldelektrode oder die floatend angeordnete Halbleiterzone angeschlossene Entladestruktur.
  • Bei einem Halbleiterbauelement, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode an eine floatend in der Driftzone angeordnete, komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone angeschlossen ist, besteht die Gefahr, dass bei einem Schaltvorgang, bei dem das Bauelement vom sperrenden in den leitenden Zustand übergeht, Ladungsträger, d. h. Löcher bei einer n-dotierten Driftzone und p-dotierten floatenden Halbleiterzonen, nicht schnell genug in diese floatenden Halbleiterzonen zufließen können, so dass die Feldplatte während des Einschaltens kapazitiv auf ein negatives Potential gezogen wird.
  • Dieses negative Potential bewirkt eine Ausräumung von Ladungen in der Driftzone und kann den Stromfluss bei Wiedereinschalten, d.h. nach einem Übergang vom sperrenden in den leitenden Zustand, deutlich reduzieren, bis das Potential der Feldplatten durch Leckströme wieder angehoben wird. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Entladestruktur wird dieses Problem behoben.
  • Wesentlich für die Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Bauelements in der Driftzone bzw. in den zwischen parallelen Abschnitten der Driftzone angeordneten Driftzonenabschnitten ist das Vorhandensein der wenigstens einen Feldelektrode, die im wesentlichen gegenüber der Driftzone isoliert ist.
  • Im Gegensatz zu einer Kompensationsstruktur mit mehreren benachbart zueinander angeordneten und jeweils komplementär dotierten Halbleiterzonen ist eine sich ausgehend von der ersten Seite in die Driftzone hinein erstreckende Feldplatte einfach und kostengünstig herstellbar. So ist im einfachsten Fall zur Herstellung einer solchen Feldplatte lediglich die Erzeugung eines Grabens in der Driftzone ausgehend von der ersten Seite, das Herstellen einer Isolationsschicht an den Grabenseitenwänden und das Auffüllen des Grabens mit einem Elektrodenmaterial erforderlich.
  • Diese aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Metall oder einem hochdotierten Halbleitermaterial, bestehende und gegenüber der Driftzone isolierte Feldplatte bewirkt bei sperrendem Bauelement eine teilweise Kompensation der in der Driftzone vorhandenen Ladungsträger. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die Driftzone bei gleichbleibender Spannungsfestigkeit des Bauelements höher zu dotieren – als bei einem lateralen Bauelement ohne solche Feldelektrode, und damit den Einschaltwiderstand zu reduzieren. Zur Erzielung dieser Kompensationswirkung wird die wenigstens eine Feldplatte je nach Ausführungsform auf eines der Potentiale der Anschlusszonen oder auf ein Potential, das von den Potentialverhältnissen in der Driftzone abgeleitet ist, gelegt.
  • Vorzugsweise sind in einer zweiten lateralen Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten lateralen Richtung verläuft wenigstens zwei beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden vorhanden, wodurch eine verbesserte Kompensationswirkung in dem Abschnitt der Driftzone zwischen je zwei benachbarten Feldelektroden erzielt wird.
  • Die wenigstens eine Feldelektrode ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich in ihrer Längsrichtung entlang der ersten lateralen Richtung in der Driftzone. In vertikaler Richtung erstreckt sich diese plattenförmige Feldelektrode vorzugsweise in etwa so weit wie die Driftzone in den Halbleiterkörper hinein.
  • Zur Erhöhung der Kompensationswirkung besteht die Möglichkeit in der Driftzone mehrere in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden vorzusehen, die vorzugsweise auf unterschiedlichen Potentialen liegen.
  • Diese unterschiedlichen Potentiale sind so gewählt, dass im Sperrfall des Bauelements, wenn das Potential in der Driftzone ausgehend von einer der Anschlusszonen in lateraler Richtung ansteigt, das Potential der Feldelektroden von Feldelektrode zu Feldelektrode ansteigt, um für alle Feldelektroden eine möglichst gleiche Spannungsbelastung der sie umgebenden Isolationsschicht zu erreichen.
  • Diese unterschiedlichen Potentiale können beispielsweise durch eine zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone angeordnete Zenerdiodenkette mit Zwischenabgriffen erzeugt werden. Eine solche Zenerdiodenkette und deren Realisierung ist beispielsweise in der DE 199 54 600 C1 beschrieben, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die wenigstens eine Feldplatte an eine komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzone zu koppeln, die floatend in der Driftzone angeordnet ist, wobei sich diese Halbleiterzone vorzugsweise in der ersten lateralen Richtung auf der Höhe der Feldelektrode befindet.
  • In dem Bauelement bildet sich bei Anlegen einer Sperrspannung eine Raumladungszone in der Driftzone aus, die sich mit zunehmender Sperrspannung in lateraler Richtung ausbreitet. Die wenigstens eine floatend in der Driftzone angeordnete Halbleiterzone bewirkt im Sperrfall, dass die ihr zugeordnete elektrisch leitende und gegenüber der Driftzone isolierte Feldelektroden ein Potential annimmt, das dem Potential der Raumladungszone an der Position der floatenden Halbleiterzonen entspricht. Davon ausgehend, dass sich die floatende Halbleiterzone in lateraler Richtung im Bereich der Position der Feldelektrode befindet, muss die Spannungsfestigkeit der die Feldelektrode umgebenden Isolationsschicht nur so groß sein wie die Spannungsdifferenz in der Driftzone zwischen der Position der floatenden Halbleiterzone und der Position im Bereich des in lateraler Richtung am weitesten entfernten Punktes der Feldelektrode. Befindet sich diese floatend angeordnete Halbleiterzone in der ersten lateralen Richtung knapp neben der Feldelektrode, so entspricht die maximal auftretende Spannung zwischen der Feldelektrode und der umgebenden Driftzone dem Spannungsabfall entlang der Feldelektrode in der Driftzone.
  • Bei der Ausführungsform, bei der mehrere in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden vorhanden sind, ist den Feldelektroden jeweils eine floatend in der Driftzone angeordnete Halbleiterzone zugeord net, die sich im Bereich der Position der zugeordneten Feldelektrode befindet.
  • Die wenigstens eine Feldelektrode ist vorzugsweise über einen oberhalb der ersten Seite angeordneten Anschlusskontakt an die floatend in der Driftzone angeordnete Halbleiterzone angeschlossen, die sich in diesem Fall an die erste Seite anschließt.
  • Ist die Driftzone des Bauelements beispielsweise mittels eines Diffusionsverfahrens dotiert worden, so nimmt die Ladungsträgerkonzentration ausgehend von der ersten Seite in vertikaler Richtung der Driftzone üblicherweise ab. Um den Feldverlauf des elektrischen Feldes in diesem Fall zu optimieren verjüngt sich die Feldelektrode in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der ersten Seite vorzugsweise, bzw. die Breite eines Grabens, in dem die Elektrode angeordnet ist, verringert sich mit zunehmender Tiefe. Die Dicke der die Feldplatte umgebenden Isolationsschicht bleibt dabei vorzugsweise überall gleich.
  • Wie oben erläutert, variiert die Spannungsbelastung einer die Feldelektrode umgebenden Isolationsschicht im Sperrfall wegen des sich entlang der Feldplatte ändernden Potentials in der Driftzone. Zur Vermeidung von Spannungsdurchbrüchen dieser Isolationsschicht variiert vorzugsweise die Dicke der Isolationsschicht in der ersten lateralen Richtung derart, dass diese Dicke in der Richtung zunehmender Spannungsbelastung ebenfalls zunimmt.
  • Bei einer Ausführungsform mit wenigstens zwei in der zweiten lateralen Richtung des Bauelements beabstandet zueinander abgeordneten Feldelektroden sind vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen getroffen, um den Verlauf des elektrischen Feldes in der Driftzone und hierbei insbesondere die "Durchbruchsstelle" festzulegen, von der bei Erreichen der maximalen Sperrspannung des Bauelements ein Spannungsdurchbruch ausgeht.
  • Beim Spannungsdurchbruch kommt es zu einem Lawineneffekt, bei dem Ladungsträger, also Elektronen und Löcher, aufgrund der hohen elektrischen Feldstärke in der Driftzone weitere Ladungsträger generieren. Die Eigenschaften des Bauelements sind abhängig von der Wegstrecke, die die Ladungsträger beim Lawinendurchbruch bis zu der jeweiligen komplementär zu den Ladungsträgern gepolten Anschlusszone zurücklegen, und sind damit abhängig von der Position der Durchbruchsstelle in der Driftzone. Vorzugsweise liegt diese Stelle in der ersten lateralen Richtung in der Mitte der Driftzone.
  • Die Position der Durchbruchstelle kann durch eine geeignete Geometrie oder Positionierung der wenigstens zwei Feldelektroden, aus welcher eine lokale Feldüberhöhung resultiert, eingestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, dass die beiden Feldelektroden plattenförmig ausgebildet sind, wobei wenigstens eine der Elektroden schräg bezogen auf die erste laterale Richtung, die die Hauptstromflussrichtung in der Driftzone definiert, angeordnet ist. Aufgrund der schrägen Anordnung wenigstens einer der Elektroden variiert der Abstand der beiden Feldelektroden in der Hauptstromrichtung, wobei der Durchbruchsort in der Driftzone im Bereich des kleinsten Abstandes liegt, an dem die größte Feldüberhöhung vorliegt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Feldelektroden einen sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckenden Vorsprung aufweist, um lokal im Bereich dieses Vorsprungs den Abstand zu der benachbarten Feldelektrode zu verringern, und dadurch eine Überhöhung des elektrischen Feldes in diesem Bereich zu erhalten.
  • Der Feldverlauf in lateraler Richtung kann auch über die Dicke der die Feldplatte umgebenden Isolationsschicht eingestellt werden oder die Dotierung der Driftzone in der ersten lateralen Richtung des Bauelements eingestellt werden.
  • In entsprechender Weise kann der Durchbruchsort in vertikaler Richtung des Bauelements über die Geometrie zweier benachbarter Feldplatten oder über die Dotierung der Driftzone in vertikaler Richtung eingestellt werden, wobei der Durchbruchsort vorzugsweise beabstandet zu der ersten Seite des Bauelements in der Tiefe liegt.
  • Hierzu ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, die Feldelektrode mit zunehmender Tiefe zu verbreitern, um dadurch in der Tiefe des Bauelements den Abstand zweier benachbarter Feldelektroden zu verringern und dadurch den Durchbruchsort festzulegen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, zur Einstellung des Durchbruchsortes die Dotierung in vertikaler Richtung des Bauelements zu variieren, und hierbei insbesondere durch eine lokal erhöhte oder verringerte effektive Dotierungskonzentration eine Überhöhung des elektrischen Feldes an einer gewünschten Position zu erreichen. Die lokale Variation der Dotierung kann beispielsweise durch eine Implantation von Dotierstoffatomen desselben oder des zu der Driftzone komplementären Leitungstyps und gegebenenfalls eine Ausdiffusion der implantierten Ladungsträger erfolgen.
  • Durch eine lokal erhöhte oder verringerte effektive Dotierung der Driftzone kann neben der Position des Durchbruchsortes in vertikaler Richtung selbstverständlich auch die Position des Durchbruchsortes in lateraler Richtung eingestellt werden.
  • Das Bauelement mit der sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckenden Driftzone ist bei einer Ausführungsform so ausgebildet, dass sowohl die erste als auch die zweite Anschlusszone an der ersten Seite des Bauelements kontaktierbar sind. Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Anschlusszone an der ersten Seite des Halbleiterkörpers und die zweite Anschlusszone an der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite des Halbleiterkörpers kontaktierbar ist. In diesem Fall erstreckt sich die zweite Anschlusszone in vertikaler Richtung des Bauelements in den Halbleiterkörper hinein und schließt sich an eine Halbleiterzone desselben Leitungstyps im Bereich der zweiten Seite des Halbleiterkörpers an, wobei diese Halbleiterschicht als Anschluss für die zweite Anschlusszone dient.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf beliebige laterale Halbleiterbauelemente anwendbar, die eine Driftzone zur Aufnahme einer Spannung im Sperrfall aufweisen.
  • So ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, das Bauelement als Diode auszubilden. In diesem Fall sind die erste und zweite Anschlusszone, zwischen denen sich die Driftzone erstreckt, komplementär zueinander dotiert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bauelement als Feldeffekttransistor, insbesondere als MOSFET oder IGBT, ausgebildet ist. Bei einem solchen Bauelement ist eine erste Anschlusszone vorhanden, die vom selben Leitungstyp wie die Driftzone ist, wobei zwischen dieser ersten Anschlusszone und der Driftzone eine komplementär dotierte Kanalzone angeordnet ist. Benachbart zu dieser Kanalzone ist eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordnete Ansteuerelektrode vorhanden.
  • Diese Ansteuerelektrode ist bei einer Ausführungsform oberhalb der ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet und erstreckt sich bei einer weiteren Ausführungsform in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein. Die erste Anschlusszone bildet bei einem MOSFET dessen Source-Zone und bei einem IGBT dessen Emitterzone, während die zweite Anschlusszone bei einem MOSFET dessen Drain-Zone und bei einem IGBT dessen Kollektorzone bildet. Diese zweite Anschlusszone ist bei einem MOSFET vom selben Leitungstyp wie die erste Anschlusszone und bei einem IGBT komplementär zu der ersten Anschlusszone dotiert.
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  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt ein als lateraler Feldeffekttransistor ausgebildeten Halbleiterbauelements mit einer in einer Driftzone angeordneten Feldplatte.
  • 2 zeigt ein als laterale Diode ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer in einer Driftzone angeordneten Feldplatte.
  • 3 zeigt ein als laterale Schottky-Diode ausgebildetes laterales Halbleiterbauelement mit einer in einer Driftzone angeordneten Feldplatte.
  • 4 zeigt ein eines als lateraler Feldeffekttransistor ausgebildetes Halbleiterbauelement.
  • 5 zeigt ein gegenüber dem Bauelement in 4 abgewandeltes Bauelement.
  • 6 zeigt ein Bauelement gemäß einer weiteren Abwandlung eines Halbleiterbauelements gemäß 4.
  • 7 zeigt ein laterales Halbleiterbauelement mit mehreren beabstandet zueinander in einer Driftzone angeordneten Feldelektroden, die im Sperrfall des Bauelements auf unterschiedlichen Potentialen liegen.
  • 8 veranschaulicht eine Abwandlung des in 7 dargestellten Bauelements.
  • 9 zeigt ein Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrodenanordnung zur Einstellung des Durchbruchsortes in lateraler Richtung.
  • 10 zeigt ein weiteres Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrodenanordnung zur Einstellung des Durchbruchsortes in lateraler Richtung.
  • 11 zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrodenanordnung zur Einstellung des Durchbruchsortes in vertikaler Richtung.
  • 12 zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit einer lokal in der Driftzone erhöhten oder verringerten Dotierung zur Einstellung des Durchbruchsortes in vertikaler Richtung.
  • 13 zeigt ein laterales Halbleiterbauelement gemäß 7 mit einer erfindungsgemäßen Entladestruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 14 zeigt ein laterales Halbleiterbauelement gemäß 7 mit einer erfindungsgemäßen Entladestruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 15 zeigt ein laterales Halbleiterbauelement gemäß 7 mit einer erfindungsgemäßen Entladestruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 16 zeigt in Draufsicht bevorzugte Geometrien für Feldelektroden bei dem in 15 dargestellten Halbleiterbauelement.
  • 17 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung von Feldelektroden gemäß 16.
  • 18 zeigt im Querschnitt ein Halbleiterbauelement gemäß 7 mit einer sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Ansteuerelektrode.
  • 19 zeigt eine Abwandlung des Bauelements gemäß 18.
  • 20 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 21 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 22 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 23 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • 24 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
  • 25 zeigt ausschnittsweise einen Eckbereich eines erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements, mit einer Eckstruktur gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
  • 26 zeigt in Draufsicht ein Halbleiterbauelement das eine erste und zweite Anschlusszone mit einer ineinander greifenden kammartigen Struktur besitzt.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Halbleiterbereiche und Teile mit gleicher Bedeutung.
  • 1 zeigt ein laterales Halbleiterbauelements, das als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, wobei 1a das Bauelement in Seitenansicht im Querschnitt und 1b einen Querschnitt durch die in 1a eingezeichnete Schnittebene A-A zeigt. Das Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer ersten Seite 101, die in dem dargestellten Beispiel die Vorderseite bildet, und einer zweiten Seite 102, die in dem dargestellten Beispiel die Rückseite bildet. Im Bereich der Vorderseite 101 sind erste und zweite dotierte Anschlusszonen 20, 30 in den Halbleiterkörper 100 eingebracht, die bei einem MOSFET dessen Source-Zone und dessen Drain-Zone und bei einer IGBT dessen Emitterzone und Kollektorzone bilden. In einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100, die zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone 20, 30 verläuft, erstreckt sich eine Driftzone 40 zwischen diesen Anschlusszonen, wobei zwischen der ersten Zone 20 und der Driftzone 40 eine komplementär zu der ersten Zone 20 und der Driftzone 40 dotierte Kanalzone bzw. Body-Zone 60 angeordnet ist. Isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper 100 und benachbart zu der Body-Zone 60 ist eine Ansteuerelektrode 70 vorhanden, die die Gate-Elektrode des Bauelements bildet, und die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel oberhalb der Vorderseite 101 des Bauelements angeordnet ist.
  • Das die Driftzone 40 des Bauelements bildende Halbleitergebiet ist in dem Beispiel oberhalb eines Halbleitersubstrats 10 angeordnet, das vorzugsweise komplementär zu der Driftzone 40 dotiert ist und das die Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100 bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Abmessungen in 1a nicht maßstabsgetreu sind. Das Halbleitersubstrat 10 ist üblicherweise wesentlich dicker als die Driftzone 40, wobei das die Driftzone 40 bildende Halbleiter gebiet mittels eines Epitaxieverfahrens auf dem Halbleitersubstrat 10 hergestellt ist.
  • Das Bauelement umfasst weiterhin mehrere in der Driftzone 40 angeordnete, plattenförmig ausgebildete, sich ausgehend von der Vorderseite 101 in die Driftzone 40 hinein erstreckende Feldplatten 50, 50', die mittels Isolationsschichten 52 gegenüber der Driftzone 40 bzw. dem Halbleiterkörper 100 isoliert sind.
  • Wie insbesondere der Darstellung in 1b zu entnehmen ist, erstrecken sich die erste Anschlusszone 20, die Body-Zone 60, die Gate-Elektrode 70 sowie die zweite Anschlusszone 30 langgestreckt in einer zweiten lateralen Richtung, die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung verläuft. In der ersten lateralen Richtung ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 jeweils nur eine Feldplatte zwischen den Anschlusszonen in der Driftzone angeordnet, während in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander mehrere solcher Feldplatten vorhanden sind.
  • Die wenigstens eine Feldplatte 50 ist in nicht näher dargestellter Weise vorzugsweise an die erste oder zweite Anschlusszone 20, 30 oder an die Gate-Elektrode 70 angeschlossen.
  • Die Feldplatte 50, die sich auf einem definierten Potential befindet, bewirkt bei sperrendem Bauelement, also dann, wenn kein Ansteuerpotential an der Gate-Elektrode 70 anliegt und sich eine Raumladungszone ausgehend von dem pn-Übergang zwischen der Body-Zone 60 und der Driftzone 40 ausbildet, eine teilweise Kompensation der in der Driftzone 40 vorhandenen Ladungsträger. Aufgrund dieser teilweisen Kompensation der Ladungsträger in der Driftzone 40 besteht bei dem Bauelement gemäß 1 die Möglichkeit, die Driftzone höher als bei herkömmlichen lateralen Bauelementen zu dotieren, ohne dass hieraus eine Reduktion der Spannungsfestigkeit des Bauelements resultiert.
  • Das erläuterte Prinzip funktioniert sowohl bei Feldeffekttransistoren, die als MOSFET ausgebildet sind, als auch bei Feldeffekttransistoren, die als IGBT ausgebildet sind. Bei einem MOSFET sind die Source-Zone 20 und die Drain-Zone 30 vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 40, wobei die Driftzone 40 schwächer als die Source-Zone 20 und die Drain-Zone 30 dotiert sind. Bei einem n-leitendem MOSFET sind diese Zonen 20, 30 und die Driftzone 40 n-dotiert. Bei einem als IGBT ausgebildeten Bauelement dient die erste Anschlusszone 20 als Emitterzone, die üblicherweise n-dotiert ist, während die zweite Anschlusszone 30, die komplementär zu der Emitterzone 20 dotiert ist, die Kollektorzone des Bauelements bildet. Die Driftzone 40 ist vom selben Leitungstyp wie die Emitterzone 20, jedoch schwächer dotiert.
  • Bei sperrendem Bauelement ist ein Spannungsabfall in der Driftzone 40 zwischen der Kanalzone 60 und der zweiten Anschlusszone 30 vorhanden. Unter der Annahme, dass die Feldplatte 50 auf demselben Potential wie die erste Zone 20 liegt, nimmt die Spannungsbelastung einer die Feldplatte 50 umgebenden Isolationsschicht 52 mit zunehmenden Abstand von der Body-Zone 60 zu. Um einen Spannungsdurchbruch zu vermeiden, sind die Feldplatte und die sie umgebende Isolationsschicht vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass die Dicke der Isolationsschicht in Richtung der zweiten Anschlusszone 30 zunimmt, wie dies für die Feldplatte 50' in 1b dargestellt ist. Diese Feldplatte 50' verläuft in der ersten lateralen Richtung des Bauelements keilförmig. Diese keilförmige Feldplatte 50' ist in einem in Draufsicht im Wesentlichen rechteckförmigen Graben angeordnet, dessen Seitenwände mit der Isolationsschicht 52' bedeckt sind. Aufgrund der keilförmigen Geometrie der Feldplatte 50' und der rechteckförmigen Geometrie des Grabens ergibt sich eine in Richtung der zweiten Anschlusszone 30 zunehmende Dicke der Isolations schicht 52' zwischen der Feldplatte 50' und der den Graben der Feldplatte umgebenden Driftzone 40.
  • Wie in 1c, die einen Schnitt in der in 1b eingezeichneten Schnittebene F-F zeigt, dargestellt ist, ist die plattenförmige Feldplatte 50 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der Vorderseite 101 verjüngt. Entsprechendes kann für den Graben gelten, in dem die Feldplatte 50 angeordnet ist, woraus eine Dicke der Isolationsschicht 52 resultiert, die in vertikaler Richtung betrachtet etwa überall gleich dick ist.
  • 2 zeigt ein als Diode ausgebildetes laterales Halbleiterbauelement, das sich von dem als Feldeffekttransistor ausgebildeten in 1 dargestellten Bauelement im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass keine Gate-Elektrode vorhanden ist und dass eine erste Anschlusszone 21 komplementär zu der zweiten Anschlusszone 30 dotiert ist. Die erste Anschlusszone 21 ist entsprechend der ersten Anschlusszone 20 gemäß dem Bauelement in 1 durch eine erste Anschlusselektrode 22 kontaktiert, während die zweite Anschlusszone 30 entsprechend der zweiten Anschlusszone 30 in 1 durch eine zweite Anschlusselektrode 32 kontaktiert ist. Oberhalb der Vorderseite 101 des Bauelements ist entsprechend dem Bauelement in 1 eine Isolationsschicht bzw. Passivierungsschicht 72 aufgebracht.
  • Die erste Anschlusszone 21 ist in dem Ausführungsbeispiel p-dotiert und bildet die Anodenzone der Diode, während die zweite Anschlusszone 30, wie auch die Driftzone 40, n-dotiert ist und die Kathodenzone des Bauelements bildet.
  • Bei Anlegen einer Sperrspannung, also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Kathodenzone 30 und der Anodenzone 21 bildet sich ausgehend von dem pn-Übergang zwischen der Anodenzone 21 und der Driftzone 40 eine Raumladungszone aus.
  • In diesem Betriebszustand kompensiert die vorzugsweise auf dem Potential der Anodenzone 21 liegende Feldplatte 50 einen Teil der in der Driftzone vorhandenen Ladungen.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lateralen Halbleiterbauelements, das als Schottky-Diode ausgebildet ist, und das sich von der in 2 dargestellten Diode im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die in 2 dargestellte p-dotierte Anodenzone 21 durch eine aus einem Schottky-Metall 80 gebildete Zone ersetzt ist, wobei dieses Schottky-Metall 80 in einen Graben im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 eingebracht ist.
  • Weitere Ausführungsbeispiele lateraler Halbleiterbauelemente werden nachfolgend in den 4 bis 8 anhand von lateralen MOSFET erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden Ausführungsbeispiele in entsprechender Weise selbstverständlich auch für IGBT, Dioden oder Schottky-Dioden gelten.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines als Feldeffekttransistor ausgebildeten lateralen Halbleiterbauelements. Dieses Bauelement gemäß 4 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten im Wesentlichen dadurch, dass die Gate-Elektrode 70 in einem sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckenden Graben angeordnet ist. Die Gate-Elektrode 70 erstreckt sich umgeben von einer Gate-Isolationsschicht 71 in vertikaler Richtung über annähernd die gesamte Tiefe der Driftzone 40 bis an das komplementär zu der Driftzone 40 dotiertes Halbleitersubstrat 10. Die Body-Zone 60 erstreckt sich ausgehend von der Vorderseite 101 in diesem Ausführungsbeispiel bis in dieses Halbleitersubstrat 10, während die Source-Zone 20 in dem Halbleiterkörper vollständig von der Body-Zone 60 umgeben ist. In der ersten lateralen Richtung erstreckt sich die Gate-Elektrode 70 umgeben von der Gate-Isolationsschicht 71 von der Source-Zone 20 durch einen Ab schnitt der Body-Zone 60 bis in die Driftzone 40. Bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials bildet sich entlang der Gate-Elektrode 70 in der Body-Zone 60 ein leitender Kanal aus, was in 4b durch gestrichelte Linien veranschaulicht ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die Gate-Elektrode 70 und die Feldplatte 50 in einem gemeinsamen Graben angeordnet, wobei sich die Feldplatte 50 unmittelbar an die Gate-Elektrode 70 anschließt und sich somit auf demselben Potential wie die Gate-Elektrode 70 befindet. Die die Feldplatte 50 umgebende Isolationsschicht 52 ist dicker als die Gate-Isolationsschicht 71. Selbstverständlich kann die Feldplatte 50 auch bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend der in 1b dargestellten Feldplatte 50' in der ersten lateralen Richtung keilförmig ausgebildet sein.
  • 5 zeigt in Draufsicht eine Abwandlung des Bauelements gemäß 4 wobei sich das Bauelement gemäß 5 von dem in 4 dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Gate-Elektrode 70 und die Feldplatte 50 durch eine Isolationsschicht 53 voneinander getrennt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Feldplatte 50 beispielsweise auf das Potential der Source-Zone 20 gelegt.
  • Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 5 sind die ersten und zweiten Anschlusszonen 20, 30 jeweils über Anschlusselektroden 22, 32 an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörper 100 kontaktierbar. Hiervon unterscheidet sich das Bauelement gemäß 6, das im Aufbau im Wesentlichen dem Bauelement gemäß 4 entspricht. Bei diesem Bauelement erstreckt sich die zweite Anschlusszone 30 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 durch die Driftzone 40 und die darunter liegende, komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterschicht 10 hindurch bis zu einer Halbleiterschicht 31 im Bereich der Rückseite 102 des Halbleiterkörper 100, wobei diese Halbleiterschicht 31 vom selben Leitungstyp wie die zweite Anschlusszone 30 ist und eine Kontaktierung der zweiten Anschlusszone 30 über die Rückseite 102 des Halbleiterkörper 100 ermöglicht. Das Bezugszeichen 32 in 6 bezeichnet eine auf die Rückseite 102 aufgebrachte Anschlusselektrode. Die Halbleiterschicht 31 ist bei einem n-leitenden Bauelement beispielsweise ein stark n-dotiertes Halbleitersubstrat, auf welches im Epitaxie-Verfahren eine schwächer p-dotierte Halbleiterschicht 10 und die schwächer n-dotierte Driftzone 40 aufgebracht ist. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die stark n-dotierte Halbleiterschicht 31 ausgehend von einem schwach p-dotierten Halbleitersubstrat 10 dadurch herzustellen, dass ausgehend von der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers n-Dotierstoffatome in das Halbleitersubstrat 10 implantiert werden, um die stark n-dotierte Halbleiterzone 31 zu erzeugen.
  • Die 7a und 7b veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lateralen Feldeffekttransistors, wobei 7a das Bauelement in Seitenansicht im Querschnitt und 7b einen Querschnitt entlang der in 7a eingezeichneten Schnittebenen E-E zeigt.
  • Dieses Bauelement umfasst mehrere – in dem dargestellten Beispiel drei – Feldplatten 50A, 50B, 50C, die in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander in der Driftzone 40 zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone 20, 30, im vorliegenden Fall zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone, angeordnet sind. Die Feldplatten 50A-50C sind jeweils plattenförmig ausgebildet und erstrecken sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung, jeweils umgeben von einer Isolationsschicht 52A-52C, in den Halbleiterkörper hinein.
  • Für einen Abstand d2 zweier benachbarter Gräben in einer Richtung quer zur Stromflussrichtung im Vergleich zu einem Abstand d4 zweier in Stromflussrichtung aufeinanderfolgend angeordneter Gräben gilt vorzugsweise d4 ≤ 0,5·d2.
  • Benachbart zu den Feldplatten 50A-50C sind in der Driftzone 40 jeweils floatend angeordnete, komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterzonen 90A, 90B, 90C vorhanden, die elektrisch leitend mit der jeweils benachbart angeordneten Feldplatte 50A, 50B, 50C verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich diese floatend angeordneten Halbleiterzonen 90A, 90B, 90C im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 und sind mittels Anschlusskontakten 92A, 92B, 92C, die oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet sind, an die jeweilige Feldelektrode bzw. Feldplatte 50A, 50B, 50C angeschlossen. Die komplementär dotierten Halbleiterzonen 90A-90C können auch durch Halbleiterzonen desselben Leitungstyps wie die Driftzone 40 ersetzt werden, wobei diese Halbleiterzonen höher als die Driftzone und so hoch dotiert sind, dass sie im Sperrfall nicht vollständig ausgeräumt werden.
  • Die Funktionsweise dieser Feldelektroden 50A-50C und der zugeordneten Halbleiterzonen 92A-92C wird nachfolgend erläutert.
  • Im Sperrfall des Bauelements, bei einem n-leitenden MOSFET also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem Drain-Anschluss 32 und dem Source-Anschluss 22 und bei nicht leitend angesteuerter Gate-Elektrode 70, breitet sich in der Driftzone 40 ausgehend von der Body-Zone 60 eine Raumladungszone aus, die sich mit zunehmender Sperrspannung in Richtung der Drain-Zone 30 ausbreitet. Erfasst die Raumladungszone eine der angeordneten Halbleiterzonen 90A-90C, so nimmt die mit der jeweiligen Halbleiterzone gekoppelte Feldelektrode 50A-50C das Potential an, das die Raumladungszone an der Position der zugeordneten Halbleiterzone 90A-90C aufweist.
  • Um die Feldelektroden 50A-50C im Sperrfall in etwa auf dem Potential zu halten, dass die Raumladungszone auf Höhe der Feldplatten 50A-50C aufweist, sind die floatend angeordneten Halbleiterzonen 90A-90C in der ersten lateralen Richtung auf der Höhe der ihnen zugeordneten Feldplatten 50A-50C angeordnet. Auf Höhe der zugeordneten floatenden Halbleiterzone 90A-90C ist die Spannungsbelastung der die Feldelektroden 50A-50C umgebenden Isolationsschichten 52A-52C damit Null, wobei die Spannungsbelastung mit zunehmendem lateralen Abstand von der floatenden Halbleiterzone 90A-90C zunimmt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die floatenden Halbleiterzonen 90A-90C in lateraler Richtung jeweils an einem Ende der Feldplatten 50A, 50B, 50C angeordnet sind, entspricht die maximale Spannungsbelastung der Isolationsschicht 52 dem Spannungsabfall entlang der zugeordneten Feldelektrode 50A-50C in der Driftzone 40. Um der in diesem Fall in lateraler Richtung zunehmenden Spannungsbelastung zu begegnen, nimmt die Dicke der Isolationsschicht 52 mit zunehmendem Abstand zu der floatenden Halbleiterzone vorzugsweise zu, wie dies für Feldplatten 50A', 50B', 50C' in 7b dargestellt ist.
  • Der Vorteil der floatenden Halbleiterzonen 90A-90C besteht darin, dass die Feldplatten 50A, 50B, 50C jeweils auf einem Potential gehalten werden, das an die Potentialverhältnisse in der Driftzone 40 angepasst ist, woraus eine niedrige Spannungsbelastung der die Feldplatten 50A-50B jeweils umgebenden Isolationsschicht 52A-52C resultiert. Durch die mehreren, in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander in der 40 Driftzone angeordneten Feldplatten 50A-50C wird gegenüber dem Vorsehen nur einer solchen Feldplatte ein verbesserter Kompensationseffekt erzielt. Das anhand des in den 7a und 7b dargestellten MOSFET erläuterte Kompensationsprinzip ist selbstverständlich auch auf IGBT anwendbar, wobei ein IGBT aus den in den 7a und 7b dargestellten Bauelement dadurch erhalten wird, dass die zweite Anschlusszone 30 komplementär zu der Driftzone 40 dotiert ist. Wenn diese zweite Anschlusszone bei einem n-Kanal-MOSFET, bei dem sie dessen Drain-Zone bildet, n-dotiert ist, ist sie bei einem IGBT p-dotiert. Eine Diode kann aus dem in 7a, 7b dargestellten Bauelement dadurch erhalten werden, dass auf die Body-Zone 60 und die Gate-Elektrode 70 verzichtet wird, wobei in diesem Fall die erste Anschlusszone 20 komplementär zu der n-dotierten Driftzone 40 zu dotieren ist. Die erste Anschlusszone bildet dabei die Anodenzone bzw. den p-Emitter der Diode, während die zweite Anschlusszone 30 die Kathodenzone bzw. den n-Emitter des Bauelements bildet.
  • 8 veranschaulicht eine weitere Realisierungsmöglichkeit zum Anlegen unterschiedlicher, in Richtung der Drain-Zone 30 zunehmender Potentiale an die Feldplatten 52A-52C. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, eine Zenerdiodenkette mit Zenerdioden Z1, Z2, Z3 zwischen die Drain-Zone 30 und die Source-Zone 20 zu schalten, wobei Zwischenabgriffe vorgesehen sind, die jeweils an die Feldplatten 50A-50C angelegt werden. Eine mögliche Realisierung einer solchen in 8 nur schematisch dargestellten Zenerdiodenkette in einem lateralen Halbleiterbauelement ist in der DE 199 54 600 C1 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die dem Source-Anschluss 20 nächstliegende Feldplatte 50A kann dabei auf Source-Potential gelegt werden, wie dies in 8 dargestellt ist. Zwischen den Anschlüssen der Feldplatten 50A-50C und zwischen dem Anschluss der der Drain-Zone 30 nächstliegenden Feldplatte 50C und dem Drain-Anschluss 30 sind jeweils Zenerdioden Z1-Z3 geschaltet, so dass die Potentialdifferenz zwischen zwei benachbarten Feldplatten maximal der Durchbruchspannung einer der Zenerdioden entspricht.
  • Wird bei Anlegen einer Sperrspannung an das Bauelement die maximale Sperrspannung erreicht, so kommt es zu einem Lawinendurchbruch, bei dem zuerst in der Driftzone 40 generierte Ladungsträger aufgrund der in der Driftzone 40 herrschenden hohen Feldstärke weitere Ladungsträger generieren. Idealerweise wird der Ort, an dem ein solcher Spannungsdurchbruch zuerst auftritt, durch geeignete Maßnahmen genau definiert.
  • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit mehreren in der ersten lateralen Richtung zwischen der Source-Zone 20 und der Drain-Zone 30 beabstandet zueinander angeordneten Feldplatten 50A, 50B'', 50C. In der zweiten lateralen Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten lateralen Richtung verläuft, sind mehrere solcher Anordnungen beabstandet zueinander angeordnet, so dass mehrere Driftzonenabschnitte gebildet sind, die zwischen je zwei in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordneten Feldplatten 50A, 50B'', 50C liegen. In der ersten lateralen Richtung sind in dem Ausführungsbeispiel dabei jeweils drei Feldplatten beabstandet zueinander angeordnet.
  • Um einen Spannungsdurchbruch möglichst in der Mitte der ersten lateralen Richtung in der Driftzone 40 zu erreichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 vorgesehen, die im mittleren Bereich der Driftzone 40 in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordneten Feldplatten 50B'' jeweils schräg in Bezug auf die in der zweiten lateralen Richtung benachbarte Feldplatte 50B'' anzuordnen. Die plattenförmig ausgebildeten Feldelektroden 50B'' schließen dabei jeweils einen Winkel kleiner als 90° mit einer in der ersten lateralen Richtung zwischen der Source-Zone 20 und der Drain-Zone 30 verlaufenden Geraden ein, wobei jeweils die der Source-Zone 20 oder die der Drain-Zone 30 zugewandten Enden benachbarter Feldplatten 50B'' zueinander gedreht sind. Hierdurch sind Abschnitte 41, 42, 43 in der Driftzone 40 gebildet, in denen ein minimaler Abstand zweier benachbarter Feldplatten 50B'' vorhanden ist. An diesen Positionen 41, 42, 43, bei denen benachbarte Feldplatten 50B'' einen minimalen Abstand aufweisen, kommt es bei Anlegen einer Sperrspannung zu Feldüberhöhungen und bei zunehmender Erhöhung der Sperrspannung schließlich zum Spannungsdurchbruch. Die beim Spannungsdurchbruch an diesen Positionen 41, 42, 43 generierten Ladungsträger bewegen sich in entgegengesetzten Richtungen zu den jeweils entgegengesetzt zu den Ladungsträgern gepolten Anschlusszonen 20, 30. Ein Spannungsdurchbruch etwa in der Mitte der ersten lateralen Richtung der Driftzone 40 ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die komplementären Ladungs träger, also Elektronen und Löcher, in diesem Fall ausgehend von dem Ort des Spannungsdurchbruchs etwa gleiche Wegstrecken zu den Anschlusszonen 20, 30 zurücklegen müssen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, in der zweiten lateralen Richtung nur jede zweite Feldelektrode 50B' schräg gegenüber benachbarten Feldplatten anzuordnen, wie dies gestrichelt in 9 dargestellt ist.
  • Wesentlich für die Festlegung des Ortes des Spannungsdurchbruchs über die Geometrie der Feldelektroden ist, dass ein Abstand zwischen zwei in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordneten Feldelektroden lokal reduziert ist.
  • 10 veranschaulicht anhand eines zuvor in 7 erläuterten Bauelements weitere Möglichkeiten zur lokalen Reduktion des Abstandes zweier in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordneter Feldelektroden.
  • Bezugnehmend auf die mit dem Bezugszeichen 50B1 bezeichnete Feldelektrode besteht die Möglichkeit, die Feldelektroden in Draufsicht T-förmig auszubilden, wodurch die Feldplatte 50B1 zwei in der zweiten lateralen Richtung verlaufende Vorsprünge aufweist. Im Bereich dieser Vorsprünge ist der Abstand zu den in der zweiten lateralen Richtung beabstandeten Feldelektroden 50B2 reduziert. Ein solcher Vorsprung oder zwei solche Vorsprünge können wie bei der Feldplatte 50B1 an einem in der ersten lateralen Richtung vorderen Ende der Feldplatte angeordnet sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen solchen in der zweiten lateralen Richtung verlaufenden Vorsprung an einer beliebigen anderen Position der Feldplatte anzuordnen, wie dies in 10 anhand der Feldplatte 50B2 veranschaulicht ist.
  • Die Abmessungen dieses Vorsprunges in der ersten lateralen Richtung können dabei wie bei den Feldplatten 50B1, 50B2 kurz im Vergleich zu den Abmessungen der Feldplatte 50B1, 50B2 in der ersten lateralen Richtung sein. Der Vorsprung kann sich jedoch auch über eine erhebliche Länge der Feldplatte erstrecken, wie dies in 10 anhand der Feldplatte 50A1 dargestellt ist.
  • Neben der Einstellung des Feldverlaufes in der ersten lateralen Richtung, und hierbei insbesondere der Einstellung des Durchbruchsortes, unter Verwendung geeigneter Geometrien der Feldelektroden besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, den Durchbruchsort in vertikaler Richtung des Bauelementes über die Geometrie zweier in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordneter Feldelektroden zu definieren.
  • In 11 ist dies anhand einer Abwandlung des in 1 dargestellten Bauelementes veranschaulicht. Während sich bezugnehmend auf 1c die Feldelektrode bei einer Ausführungsform ausgehend von der ersten Seite 101 verjüngt, um dadurch eine sich gegebenenfalls nach unten hin reduzierende Dotierung der Driftzone 40 zu berücksichtigen, ist bei dem Beispiel gemäß 11 zur Einstellung eines Durchbruchsortes beabstandet zu der ersten Seite 101 vorgesehen, Feldelektroden 50 zu verwenden, die sich ausgehend von der ersten Seite 101 nach unten hin verbreitern.
  • Neben der Geometrie benachbarter Feldelektroden besteht auch die Möglichkeit, die Position des Durchbruchsortes über die Dotierung der Driftzone 40 einzustellen.
  • So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die effektive Dotierung der Driftzone 40 an der gewünschten Durchbruchsposition, vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Feldelektroden 50 lokal zu erhöhen oder erniedrigen. Abhängig von dem Abstand der beiden Feldelektroden kann sowohl eine lokale Erhöhung als auch eine lokale Verringerung der effektiven Dotierung der Driftzone zu einer Überhöhung der Feldstärke führen.
  • In 12 ist ein solcher Ort einer effektiven Erhöhung oder Verringerung der Dotierung der Driftzone 40 mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Dieser Bereich erhöhter oder verringerter Dotierung liegt beabstandet zu er ersten Seite 101. Die Erhöhung oder Verringerung der effektiven Dotierung der Driftzone kann durch Einbringen von Ladungsträgern desselben oder des zu der Driftzone 40 komplementären Leitungstyps erfolgen. Das Einbringen erfolgt beispielsweise mittels eines Implantationsverfahrens, an das sich gegebenenfalls ein Diffusionsschritt anschließt.
  • Wie erläutert, kann das Kompensationsprinzip auf beliebige laterale, eine Driftstrecke aufweisende Halbleiterbauelemente angewendet werden. Wesentlich für dieses Prinzip ist das Vorhandensein einer sich ausgehend von einer Seite des Halbleiterkörpers 100 in die Driftzone 40 hinein erstreckenden Feldelektrode, die isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordnet ist. Die Isolation zwischen der wenigstens einen Feldplatte und dem Halbleiterkörper kann mittels beliebiger herkömmlicher Isolationsmaterialien realisiert sein. Derartige Isolationsmaterialien können Halbleiteroxide oder Dielektrika mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante sein. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, als Isolationsschicht einen Hohlraum zwischen der Feldplatte und der umgebenden Driftzone vorzusehen.
  • Die anhand der vorigen Figuren beschriebenen Feldeffekttransistoren sind jeweils als in Rückwärtsrichtung sperrende Feldeffekttransistoren ausgebildet, d. h. es ist kein Kurzschluss zwischen der Source-Zone 20 und der umgebenden Body-Zone 60 vorhanden. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Source-Zone 20 und die Body-Zone 60 kurzzuschließen, um einen Feldeffekttransistor mit einer Rückwärtsdiode bzw. Freilaufdiode zu erhalten.
  • Bei dem in 7 dargestellten Halbleiterbauelement, bei dem die Feldelektroden 50A-50C an floatend in der Driftzone 40 angeordnete, vorzugsweise komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterzonen 90A-90C angeschlossen sind, besteht die Gefahr, dass bei einem Schaltvorgang, bei dem das Bauelement vom sperrenden in den leitenden Zustand übergeht, p-Ladungsträger, d. h. Löcher, nicht schnell genug in diese floatenden Halbleiterzonen 90A-90C zufließen können, so dass die Feldplatten 50A-50C während des Einschaltens kapazitiv auf ein negatives Potential gezogen werden. Dieses negative Potential bewirkt eine Ausräumung von Ladungen in der Driftzone 40 und kann den Stromfluss bei Wiedereinschalten, d.h. nach einem Übergang vom sperrenden in den leitenden Zustand, deutlich reduzieren, bis das Potential der Feldplatten 50A-50C durch Leckströme wieder angehoben wird.
  • Um dieses Problem zu vermeiden ist bei dem in den 13a und 13b dargestellten Bauelement erfindungsgemäß eine Entladestruktur für die floatend angeordneten Halbleiterzonen 90A-90C vorgesehen. Diese Entladestruktur umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine unterhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 angeordnete Halbleiterzone 94, die vom selben Leitungstyp wie die floatenden Halbleiterzonen 90A, 90C und damit komplementär zu der Driftzone 40 dotiert ist und die unterhalb der Vorderseite 101 die floatend angeordneten Halbleiterzonen 90A-90C miteinander verbindet. Diese Halbleiterzone 94 ist im Vergleich zu den Halbleiterzonen 90A-90C schwach dotiert und besitzt eine Dotierung, die unterhalb der Durchbruchsladung des verwendeten Halbleitermaterials liegt. Bei Silizium beträgt diese Durchbruchsladung etwa 2·1012 cm–2.
  • Diese schwach dotierte Halbleiterzone wird bei sperrendem Bauelement vollständig an Ladungsträgern ausgeräumt, wodurch die Halbleiterzonen 90A-90C bei sperrendem Bauelement floaten und so die Feldplatten 50A-50C auf unterschiedlichen Potentialen entlang der Driftstrecke 40 halten können.
  • Bei leitendem Bauelement schließt die schwach dotierte Halbleiterzone 94 die sonst floatenden Halbleiterzonen (hochoh mig) an das Potential der ersten Halbleiterzone 20 an. Hierfür reicht die schwach dotierte Halbleiterzone 94 in dem Beispiel abschnittsweise bis in die Body-Zone 60 hinein, was insbesondere aus der Draufsicht in 13b ersichtlich ist, wobei die erste Anschlusszone 20, die die Source-Zone des MOSFET bildet, und die Body-Zone 60 in dem Beispiel durch die Source-Elektrode 22 miteinander kurzgeschlossen sind.
  • Die in 13 dargestellte erfindungsgemäße Entladestruktur ist selbstverständlich auch auf Dioden anwendbar, wobei die schwach dotierte und komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterzone 94 in diesem Fall bis an die bei einer Diode komplementär zu der Driftzone dotierte erste Anschlusszone reicht. Bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus einer Diode unter Verwendung des erfindungsgemäßen Feldplattenkonzepts wird auf 2 verwiesen. Ferner kann die Entladestruktur auch vorteilhaft auf JFET's, Schottkydioden, IGBT's oder andere Halbleiterbauelemente, die eine erläuterte Feldplattenstruktur besitzen, angewendet werden.
  • Die einzelnen Feldplatten 50A-50C können jeweils in separaten Gräben angeordnet werden, wie dies für die Feldplatten 50A-50C im oberen Teil der 13b dargestellt ist. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, einen in der ersten lateralen Richtung durchgehenden Graben vorzusehen, in dem die einzelnen Feldplatten beabstandet zueinander und in dem Halbleiterkörper jeweils umgeben von einer Isolationsschicht 52 angeordnet sind, was im unteren Teil der 13b beispielhaft für die Feldplatten 50A'-50C' gezeigt ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine das Abfließen von p-Ladungsträgern aus den floatend angeordneten Halbleiterzonen 90A-90C unterstützende Entladestruktur ist in den 14a und 14b dargestellt.
  • Diese Entladestruktur umfasst Elektroden 96A-96C, die in der Isolationsschicht 72 oberhalb der Vorderseite 101 des Halb leiterkörpers angeordnet sind und die gegenüber den unterhalb der Vorderseite 101 angeordneten Abschnitten der Driftzone 40 isoliert sind. Die Abmessungen dieser Elektroden in lateraler Richtung sind so gewählt sind, dass eine Elektrode 96A-96C jeweils zwei in lateraler Richtung benachbarte floatende Halbleiterzonen 90A-90C überlappt, wobei eine der Steuerelektroden 96A die Body-Zone 60 und die benachbart zu der Body-Zone 60 angeordnete Halbleiterzone 90A überlappt. Die Steuerelektrode 96A-96C ist dabei über elektrisch leitende Kontakte 95A-95C elektrisch leitend an eine der Halbleiterzonen 90A-90C, die sie jeweils überlappt, angeschlossen. In dem Beispiel ist die Elektrode 96A-96C an die Halbleiterzone 90A-90C angeschlossen, die jeweils näher zu der zweiten Anschlusszone 30 liegt. Die Elektrode 96A-96C bildet mit den beiden p-dotierten Halbleiterzonen, die sie jeweils in lateraler Richtung überlappt – also mit zwei floatenden Halbleiterzonen oder mit einer floatenden Halbleiterzone und der Body-Zone/Kanalzone – und dem dazwischen liegenden Abschnitt der n-dotierten Driftzone 40 einen p-leitenden MOSFET. Die Elektrode 96A-96C bildet dabei die Gate-Elektrode des MOSFET. Die p-dotierte Zone, an die die Steuerelektrode 96A-96C angeschlossen ist, bildet die Drain-Zone des MOSFET.
  • Die Funktionsweise dieser Entladestruktur wird beispielhaft anhand des durch die floatenden Halbleiterzonen 90B, 90C und die Steuerelektrode 96C gebildete Entladestruktur erläutert. Sinkt das Potential an der näher zu der zweiten Anschlusszone 30 liegenden Halbleiterzone 90C um einen Wert unter das Potential der Halbleiterzone 90B ab, der der Einsatzspannung des p-leitenden MOSFET entspricht, so bildet sich in dem zwischen den Halbleiterzonen 90B, 90C liegenden n-dotierten Abschnitt der Driftzone 40 ein leitender Kanal aus, der einen Stromfluss ermöglicht bis die Potentialdifferenz unter den Wert der Einsatzspannung des Transistors abgesunken ist. Insgesamt wird dadurch erreicht, dass das Potential der am weitesten zu der Body-Zone 60 entfernt angeordneten Halbleiterzone 90C maximal um einen Wert unter das Potential der Body- Zone 60 absinken kann, der dem Produkt aus der Anzahl der floatenden Halbleiterzonen 90A-90C und der Einsatzspannung des p-leitenden MOSFET entspricht. In dem Beispiel gemäß 14 kann das Potential der Halbleiterzone 90C maximal auf ein Potential absinken, das um den Wert der dreifachen Einsatzspannung eines p-leitenden MOSFET unterhalb des Potentials der Body-Zone 60 liegt.
  • Bei sperrendem Leistungsbauelement, wenn sich eine Raumladungszone ausgehend von dem pn-Übergang zwischen der Body-Zone 60 und der Driftzone 40 in dem Bauelement ausbildet und das Potential in der Driftzone ausgehend von dem pn-Übergang in Richtung der zweiten Anschlusszone 30 zunimmt, bleiben die p-Kanal-Transistoren der Entladestruktur gesperrt, wodurch die Halbleiterzonen 90A-90C bei sperrendem Leistungsbauelement sicher floaten. Ein Anschluss der Halbleiterzonen 90A-90C an die Body-Zone kann somit nur bei leitendem Leistungsbauelement erfolgen.
  • Selbstverständlich ist auch die Entladestruktur gemäß 14 auf Dioden anwendbar, wobei in diesem Fall die unmittelbar benachbart zu der ersten Anschlusszone angeordnete Elektrode (die Elektrode 96A in 4) die bei einer Diode komplementär zu der Driftzone dotierte erste Anschlusszone überlappt.
  • Ein weiteres Beispiel für eine Entladestruktur, die ein negatives Potential an den Feldplatten 50A-50C verhindert, ist in 15 dargestellt. Hierbei ist vorgesehen, die Feldplatten 50A-50C wenigstens abschnittsweise an die unterhalb der Driftzone 40 angeordnete, komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterzone 10 anzuschließen. Die die Feldelektroden 50A-50C umgebende Isolationsschicht 52A-52C weist im Grenzbereich zu der Halbleiterzone 10 in dem Beispiel abschnittsweise Aussparungen auf, durch welche Abschnitte 55A-55C der Feldelektroden 50A-50C bis an diese Halbleiterzone 10 reichen und an diese angeschlossen sind. Vorzugsweise sind im Anschlussbereich höher dotierte Anschlusszonen 11A-11C vor handen, die vom selben Leitungstyp wie die Halbleiterzone 10 sind.
  • Wenn die Halbleiterzone 10 in nicht dargestellter Weise nicht direkt an die Isolationsschicht 52A-52C angrenzt, besteht die Möglichkeit Verbindungszonen in dem Halbleiterkörper 100 vorzusehen, die die Halbleiterzone 10 und die Feldelektroden 50A-50C verbinden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer in der Driftzone 40 angeordneten Feldelektrode 50, die die unter der Driftzone 40 liegende komplementär dotierte Halbleiterzone 10 kontaktiert und die gegen die Driftzone 40 durch eine Isolationsschicht 52 isoliert ist, wird nachfolgend anhand der 16 und 17 erläutert.
  • Das im Folgenden erläuterte Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Feldelektroden 50, deren Dicke in lateraler Richtung variiert. Ein Beispiel für eine solche Feldelektrode ist eine in Draufsicht keilförmige Feldelektrode 50, wie sie in 16a dargestellt ist, oder eine in Draufsicht T-förmige Feldelektrode, wie sie beispielsweise in 16b dargestellt ist.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung solcher Feldelektroden 50 wird Bezug nehmend auf 17a zunächst ein sich in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper hinein erstreckender Graben 110 hergestellt, der entsprechend der Erläuterung zu 16 in Draufsicht beispielsweise keilförmig oder T-förmig ist. 17a zeigt einen Querschnitt durch diesen Graben in den in 16 dargestellten Querschnittsebenen G-G und H-H. Die Schnittfläche G-G liegt dabei in einem Bereich des Grabens, der nachfolgend als Bereich mit normaler Grabenbreite bezeichnet wird und in dem kein Anschlusskontakt zu der darunter liegenden Halbleiterzone 10 erzeugt wird, während die Schnittfläche H-H in einem Bereich des Grabens liegt, der nachfolgend als Bereich mit vergrößerter Grabenbreite bezeichnet wird, in dem der Anschlusskontakt 55 zu der darunter liegenden Halbleiterzone 10 erzeugt wird.
  • Die Herstellung des Grabens 110 erfolgt beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung einer auf die Vorderseite 101 aufgebrachten Hartmaske 200.
  • Bezug nehmend auf 17b schließt sich an das Herstellen des Grabens 110 das Aufbringen einer Isolationsschicht bzw. Dielektrikumsschicht auf die Seitenwände und den Boden des Grabens 110 an. Hierzu wird beispielsweise eine Isolationsschicht 252 ganzflächig auf den Halbleiterkörper abgeschieden, wobei diese Isolationsschicht 252 an den Seitenwänden und am Boden des Grabens die die spätere Feldelektrode 50 umgebende Isolationsschicht 52 bildet.
  • Bezug nehmend auf 17c wird auf diese Isolationsschicht 252 anschließend eine Elektrodenschicht 250 abgeschieden, die einen Teil der späteren Feldelektrode 50 bildet. Diese Elektrodenschicht 250 besteht beispielsweise aus einem hochdotierten Polysilizium. Die Dicke dieser abgeschiedenen Elektrodenschicht 150 ist dabei so gewählt, dass der oberhalb der Isolationsschicht 252 im Grabenbereich mit normaler Breite (Querschnitt G-G) vorhandene Graben vollständig aufgefüllt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Dicke der abgeschiedenen Elektrodenschicht 250 größer ist als die halbe Breite des oberhalb der Isolationsschicht 252 verbleibenden Grabens. Im Bereich vergrößerter Grabenbreite (Querschnitt H-H) verbleibt nach Abscheiden der Elektrodenschicht 250 hingegen eine sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckende Aussparung.
  • 17d zeigt einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, bei denen die Elektrodenschicht 250 und die Isolationsschicht 252 anisotrop geätzt wurden. Dies führt im Bereich normaler Grabenbreite (Querschnitt G-G) dazu, dass die Elektrodenschicht 250 und die Isolationsschicht 252 oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers bis auf die Hartmaskenschicht 200 entfernt und gegebenenfalls im Bereich des Grabens etwas zurückgeätzt werden. Auch im Bereich vergrößerter Grabenbreite (Querschnitt H-H) wird die Elektrodenschicht 250 und die Isolationsschicht 252 oberhalb der Hartmaskenschicht 200 entfernt und im Bereich der Grabenseitenwände gegebenenfalls etwas zurückgeätzt. Zusätzlich wird in diesem Bereich die Elektrodenschicht 250 und die Isolationsschicht 252 am Boden des nach Abscheiden der Elektrodenschicht 250 verbleibenden Grabens entfernt, wodurch der Graben nach Abschluss des Ätzprozesses bis an die darunter liegende Halbleiterzone 10 reicht.
  • Dieser Graben wird in nicht näher dargestellter weise anschließend mit Elektrodenmaterial aufgefüllt, um die in den 16a, 16b in Draufsicht dargestellte Feldelektrode 50 fertigzustellen. Gegebenenfalls wird vor Auffüllen dieses nach Abscheiden der Elektrodenschicht 252 verbliebenen und nach dem Ätzen bis an die Halbleiterzone 10 reichenden Grabens an dessen Boden eine hochdotierte Halbleiterzone 11 vom selben Leitungstyp wie die Halbleiterzone 10 erzeugt, um einen niederohmigen Anschluss der Feldelektrode 50 an die darunter liegende Halbleiterzone 10 zu erreichen. Die Feldelektrode ist nach Auffüllen dieses verbliebenen Grabens mit einem Elektrodenmaterial, beispielsweise einem hochdotierten Polysilizium fertiggestellt.
  • Das zuvor erläuterte Bauelementkonzept, bei dem in der Driftzone 40 des Bauelements wenigstens eine Feldelektrode 50A-50C angeordnet ist, die an eine floatend in der Driftzone 40 angeschlossene Halbleiterzone 90A-90C angeschlossen ist, eignet sich bei Anwendung auf MOSFET insbesondere für solche MOSFET bei denen die Gate-Elektrode 70 in einem sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Graben angeordnet ist, was bereits anhand der 4 und 5 erläutert wurde.
  • 18a zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein solches Bauelement mit einer sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Gate-Elektrode 70, die gegenüber dem Halbleiterkörper durch eine Isolationsschicht 71 isoliert ist. 18b zeigt dieses Bauelement im Querschnitt durch die in 18a dargestellte Schnittebene E-E. Die erste Anschlusszone 20 erstreckt sich bei diesem Bauelement ebenfalls in die Tiefe des Halbleiterkörpers, wobei die Eindringtiefe der ersten Anschlusszone 20 vorzugsweise in etwa der Eindringtiefe der Gate-Elektrode 70 entspricht. Die die erste Anschlusszone 20 umgebende Body-Zone 60 reicht entsprechend tief in den Halbleiterkörper hinein, wobei die Body-Zone 60 die erste Anschlusszone 20 vollständig umgibt. Die Body-Zone 60 reicht in dem Ausführungsbeispiel durch die Driftzone 40 bis in das darunter liegende komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleitersubstrat 10. Die Eindringtiefe der Gate-Elektrode 70, der ersten Anschlusszone 20 und der Body-Zone 60 kann jedoch auch so gewählt werden, dass die Body-Zone 60 in der Driftzone 40 oberhalb des Halbleitersubstrats 10 endet.
  • Wie aus der Schnittdarstellung in 18b ersichtlich ist, reicht die Gate-Elektrode 70 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers von der ersten Anschlusszone 20 durch die Body-Zone 60 bis in die Driftzone 40, wobei sich bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode 70 ein leitender Kanal in der Body-Zone 60 benachbart zu der Gate-Elektrode 70 zwischen der ersten Anschlusszone 20 und der Driftzone 40 ausbildet.
  • Die 19a und 19b zeigen in Seitenansicht im Querschnitt und im Querschnitt durch eine in 19a eingezeichnete Schnittebene E-E ein gegenüber dem Bauelement gemäß
  • 6 abgewandeltes Halbleiterbauelement, das mehrere in der Driftzone 40 angeordneten Feldelektroden 50A-50C aufweist, die an floatende Halbleiterzonen 90A-90C angeschlossen sind, und dessen zweite Anschlusszone 30 an eine im Bereich der Rückseite 102 angeordnete stark dotierte Halbleiterzone 31 des selben Leitungstyps wie die zweite Anschlusszone 30 angeschlossen ist. Die Gate-Elektrode 70 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die zuvor anhand der 13 bis 17 erläuterten Entladungsstrukturen selbstverständlich auch auf die Bauelemente gemäß der 18 und 19 anwendbar sind.
  • Die zuvor erläuterten lateralen Halbleiterbauelemente zeichnen sich dadurch aus, dass die erste Anschlusszone 20 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zu der zweiten Anschlusszone 30 angeordnet ist, wobei ein laterales Bauelement in diesem Sinn auch dann vorliegt, wenn die zweite Anschlusszone 30 über eine niederohmige Verbindung an eine Anschlusszone 32 im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers angeschlossen ist (vgl. 6 und 19).
  • Halbleiterkörper bzw. Halbleiterchips sind in Draufsicht üblicherweise rechteckförmig bzw. quadratisch. Bei lateralen Leistungsbauelementen ist es dabei wünschenswert, eine der Anschlusszonen, beispielsweise die erste Anschlusszone, im Innenbereich des Halbleiterkörpers vorzusehen, und die andere der Anschlusszonen, beispielsweise die zweite Anschlusszone, so im Bereich eines Randes des Halbleiterkörpers anzuordnen, dass diese zweite Anschlusszone in Draufsicht auf den Halbleiterkörper die erste Anschlusszone und die Driftzone im Wesentlichen ringförmig umgibt. Der Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass auf aufwendige Randabschlüsse des Bauelements verzichtet werden kann.
  • 20 zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100 in lateraler Richtung, in dem ein Leistungstransistor mit einer bereits anhand von 7 erläu terten Feldplattenstruktur integriert ist. Die erste Anschlusszone 20 ist dabei im Innenbereich des Halbleiterkörpers 100 und die zweite Anschlusszone 30 ist im Bereich eines des Randes 104 des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen. Mit 104_1 ist in 20 eine erste Randseite des in Draufsicht rechteckförmigen Halbleiterkörpers und mit 104_2 ist in Figur eine senkrecht zu der ersten Randseite verlaufende zweite Randseite bezeichnet. Die beiden Randseiten 104_1, 104_2 schließen an einer Ecke 103 aneinander an. Das Bezugszeichen 40_1 bezeichnet in 20 einen ersten Driftzonenabschnitt, der entlang der ersten Randseite 104_1 verläuft und in dem in der bereits zuvor erläuterten Weise Gräben mit darin angeordneten Feldelektroden 50A-50C vorhanden sind, die in Draufsicht langgestreckt ausgebildet sind. Diese Feldelektroden 50A-50C erstrecken sich in ihrer Längsrichtung jeweils in Richtung der kürzesten Verbindung zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone 20, 30 und verlaufen somit im wesentlichen senkrecht zu der ersten Randseite 104_1. Entsprechend bezeichnet da Bezugszeichen 40_2 einen zweiten Driftzonenabschnitt, der entlang der zweiten Randseite 104_1 verläuft und in dem Feldelektroden 50A-50C angeordnet sind. Diese Feldelektroden des zweiten Driftzonenabschnitts verlaufen in ihrer Längsrichtung im wesentlichen senkrecht zu den Feldelektroden des ersten Abschnitts 40_1.
  • Die Feldelektroden 50A-50C in den entlang der Randseiten verlaufenden Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 können eine beliebige der zuvor erläuterten Geometrien besitzen. Alle zuvor in Bezug auf Feldelektroden erläuterten Maßnahmen, insbesondere das Vorhandensein einer Entladungsstruktur sind auch auf die Feldelektrodenstruktur in den entlang der Seitenflächen verlaufenden Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 anwendbar.
  • Der Haupt-Laststrom des ausschnittsweise dargestellten Leistungstransistors fließt bei eingeschaltetem Bauelement im Wesentlichen senkrecht zu den Randseiten des Halbleiterkörpers 100 entlang der Feldelektrodenstruktur in den ersten und zweiten Driftzonenabschnitten, sowie in weiteren, nicht dargestellten dritten und vierten Driftzonenabschnitten, die sich entlang der beiden weiteren Randseiten des Halbleiterkörpers erstrecken.
  • Zwischen den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 ist ein Eckbereich vorhanden, der dadurch gebildet ist, dass der pn-Übergang zwischen der Driftzone 40 und der zweiten Anschlusszone bzw. zwischen der Body-Zone und der Driftzone abgewinkelt verläuft, also eine Ecke bildet. In diesem Eckbereiche würde die maximal zulässige Spannungsbelastung ohne besondere Maßnahmen deutlich unterhalb der maximal zulässigen Spannungsbelastung in den angrenzenden Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 liegen würde.
  • Geeignete Möglichkeiten zur Anhebung der Spannungsfestigkeit in einem solchen Eckbereich sind nachfolgend anhand der 20 und der weiteren 21 bis 25 erläutert.
  • Bei dem in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, im Eckbereich einen Graben 120 vorzusehen, der in Draufsicht eine L-Struktur besitzt und der sich entlang der Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 erstreckt.
  • Der Graben ist mit einem Dielektrikum 121, beispielsweise einem Oxid aufgefüllt. Der Graben 120 hat vorzugsweise die gleiche Tiefe wie die Gräben, mit den Feldelektroden 50A-50C beinhalten, auch eine größere Tiefe ist möglich. Der Graben 120 mit dem Dielektrikum 121 ist dabei vollständig von dem die Driftzone 40_1, 40_2 bildenden Halbleitermaterial umgeben. Der übrige Bereich der Ecke wird bei dem Beispiel gemäß 20 durch die zweite Anschlusszone 30 gebildet.
  • Das Halbleitergebiet zwischen dem Graben 120 und den Gräben mit Feldelektroden 50A-50C sollte im Sperrfall vollständig an Ladungsträgern ausgeräumt werden. Der Abstand d3 zwischen diesem Graben 120 und einem benachbarten Graben mit darin an geordneter Feldplatte entspricht hierfür vorzugsweise der Hälfte des Abstands d2 zwischen zwei Gräben in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2.
  • Eine alternative Struktur für den Eckbereich des Bauelementes ist in 21 dargestellt. 21a zeigt dabei eine Draufsicht auf das Bauelement und 21b einen Querschnitt durch die in 21 dargestellte Schnittebene J-J. Im Eckbereich des Bauelementes ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckender Graben ausgebildet, der im Wesentlichen den gesamten Eckbereich innerhalb der die Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 bildenden Halbleiterzone einnimmt. Der Boden und die Seitenflächen dieses Grabens 122 sind dabei von einer Dielektrikumsschicht 123 bedeckt, was insbesondere aus dem in 21b dargestellten Querschnitt ersichtlich ist. Als Abdeckschicht 123 dieses Grabens 121 eignet sich insbesondere ein Halbleiteroxid. Geeignet sind jedoch auch andere Materialien, wie beispielsweise Nitride oder Imide. Der Graben kann sich in vertikaler Richtung tiefer als die Gräben der Feldelektrodenstruktur in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, kann jedoch auch geringfügig flacher als die Gräben der Feldelektrodenstruktur ausgeführt sein.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Struktur eines Bauelement-Eckbereiches ist in 22 dargestellt. Die die Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 bildende, bei einem n-Kanal-MOSFET n-dotierte Halbleitermaterial erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel bis in den Eckbereich. In diesem Eckbereich sind Feldelektroden 56A-56D vorhanden, die jeweils durch Isolationsschichten 57A-57D gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert sind. Diese Feldelektroden 56A-56D verlaufen im Wesentlichen kreisbogenförmig und im Wesentlichen senkrecht zu den in den ersten und zweiten Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 in Gräben angeordneten Feldelektroden 50A, 50B mit den diese umgebenden Isolationsschichten 52A, 52B.
  • Die im Eckbereich angeordneten Feldelektroden 56A-56D sind an einem Ende an die in einem der Driftzonenabschnitte 40_2 angeordneten Feldelektroden 50A, 50B angeschlossen, die senkrecht zu den kreisbogenförmigen Feldelektroden 56A-56D verlaufen. Am anderen Ende enden die kreisbogenförmig verlaufenden Feldelektroden 56A-56D beabstandet zu den in dem jeweiligen Driftzonenabschnitt 40_1 angeordneten Feldelektroden 50A, 50B, wodurch das zwischen den kreisbogenförmig verlaufenden Feldelektroden 56A-56D angeordnete Halbleitergebiet (Mesa-Gebiet) an das Halbleitergebiet 40_1 angeschlossen ist, welches die Feldelektroden 50A, 50B mit deren Isolationsschichten 52A, 52B in diesem Driftzonenabschnitt umgibt.
  • Die Feldelektroden 56A-56D können in nicht dargestellter Weise entsprechend der Feldelektroden 50A-50C in den Driftzonenabschnitten auch an floatende p-Gebiete angeschlossen sein, wobei dann auf einen Anschluss der Elektroden an die Feldelektroden 50A-50C verzichtet werden kann.
  • Der senkrechte Abstand d1 zwischen zwei Gräben mit Feldelektroden 56A-56D im Eckbereich ist vorzugsweise so gewählt, dass er dem Abstand d2 entspricht, den zwei quer zur Stromflussrichtung bzw. quer zu einem Spannungsanstieg verlaufende Gräben mit Feldelektroden in den Driftzoneabschnitten 40_1, 40_2 besitzen. Grundsätzlich sollte die Breite des zwischen den Gräben mit Feldelektroden verbleibenden Abschnittes der (n-dotierten) Halbleiterzone 40 der Breite entsprechender Halbleiterabschnitte (Mesa-Gebiete) in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 entsprechen oder geringer sein, um im Eckbereich die gleiche Spannungsfestigkeit wie in den Driftzonenabschnitten zu erreichen. Dies gilt auch für die nachfolgend anhand der 23 bis 25 erläuterten Eckstrukturen für Feldelektroden.
  • Im nicht dargestellten Querschnitt kann die Geometrie der Feldelektroden 56A-56D im Eckbereich der Geometrie der Feldelektroden in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 entspre chen. Die Feldelektroden 56A-56D erstrecken sich im Eckbereich vorzugsweise genauso weit in die Tiefe wie die Feldelektroden 50A-50C in den Driftzonenabschnitten.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Eckstruktur ist in 23 dargestellt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind im Eckbereich Feldelektroden 58A, 58B vorhanden, die in Form von Segmenten eines Kreisringes ausgebildet sind und die jeweils von einer Isolationsschicht 59A, 59B umgeben sind. Die Breite d1 des n-dotierten Mesa-Gebietes zwischen zwei benachbarten Gräben mit Feldelektroden 58A, 59A im Eckbereich entspricht dabei vorzugsweise der Breite d2 des Mesa-Gebietes zwischen zwei Gräben in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2.
  • In dem Beispiel gemäß 23 entspricht die Anzahl der in lateraler Richtung ausgehend von der ersten Anschlusszone 60 zu der zweiten Anschlusszone 30 aufeinander folgender Feldelektroden 58A, 58B der Anzahl der in dieser lateralen Richtung in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 aufeinander folgenden Feldelektroden.
  • Bezug nehmend auf 24 besteht jedoch die Möglichkeit, im Eckbereich mehr Feldelektroden in Richtung von der ersten Anschlusszone 20 zu der zweiten Anschlusszone 30 aufeinander folgend anzuordnen. Während die Feldelektrodenstruktur in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 entlang der Seitenflächen in dem Beispiel gemäß 24 zwei in Richtung von der ersten Anschlusszone 60 zu der zweiten Anschlusszone 30 aufeinander folgende Feldelektroden aufweist, sind im Eckbereich hier drei aufeinander folgende Feldelektroden 58A, 58B, 58C angeordnet.
  • Die im Eckbereich angeordneten Feldelektroden 58A-58C bei den Bauelementstrukturen gemäß der 23 und 24 sind über komplementär zu der Driftzone 40 dotierte Halbleiterzonen an die Driftzone 40 angeschlossen, was für die Feldelektroden 50A, 50B der Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 bereits ausführlich anhand der 7 ff. erläutert wurde. Diese komplementären Halbleiterzonen sind gestrichelt eingezeichnet und in 23 mit den Bezugszeichen 90A und 90B und in 24 mit den Bezugszeichen 90D-90F bezeichnet. Die Feldelektroden der Eckstrukturen und die Feldelektroden in den Driftzonenabschnitten können insbesondere an gemeinsame floatende Halbleiterzonen angeschlossen sein, was beispielsweise in 23 dargestellt ist.
  • Die Tiefe der Gräben, in denen die Feldelektroden 58A-58c im Eckbereich angeordnet sind, entspricht vorzugsweise der Tiefe der Gräben mit den Feldelektroden 50A, 50B in den Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Eckstruktur ist in 25 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Eckbereich ein Raster mit in Draufsicht im Wesentlichen quadratischen Gräben angeordnet, in denen jeweils in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 langgestreckte Feldelektroden 156 umgeben von einem Isolationsmaterial 157 angeordnet sind. Der Abstand zweier benachbarter dieser Feldelektroden entspricht dabei vorzugsweise dem Abstand zweier benachbarter Feldelektroden in dem sich an den Eckbereich anschließenden Driftzonenabschnitten 40_1, 40_2 Bereichen.
  • Wenigstens einige Feldelektroden des Eckbereiches sind in nicht näher dargestellter Weise vorzugsweise an floatende p-dotierte Halbleiterzonen angeschlossen, beispielsweise gemeinsam mit Feldelektroden der Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2. Die Feldelektroden des Eckbereiches können allerdings auch an eigene floatende Halbleiterzonen angeschlossen sein.
  • Die anhand der 20 bis 25 erläuterten Eckstrukturen sind auf beliebige Leitungsbauelemente mit einer Feldelektroden aufweisenden Driftstruktur, insbesondere auf Leistungs- MOSFET, Dioden, Schottkydioden, IGBT's und JFET's anwendbar. Um dies zu verdeutlichen sind die Bauelemente in den 20 und 21 als MOSFET mit einer Source-Zone 20 als erster Anschlusszone, und einer komplementär zu Source-Zone 20 und Driftzone 40 dotierten Body-Zone ausgebildet, während die Bauelemente gemäß der 22 bis 25 als Dioden realisiert sind, bei denen die erste Anschlusszone 21 komplementär zu der Driftzone und der zweiten Anschlusszone 30 dotiert ist.
  • Bei der bisherigen Erläuterung der Eckstrukturen wurde angenommen, dass der Eckbereich im Bereich einer Ecke 103 des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die erläuterten Eckstrukturen sind wie nachfolgend erläutert auch im Innenbereich eines Halbleiterkörpers anwendbar.
  • Zur Vergrößerung der aktiven Bauelementfläche werden die erste Anschlusszone 21 und die zweite Anschlussfläche 30 häufig so ausgebildet, dass sie in Draufsicht eine kammartige Struktur besitzen, wie beispielhaft in 26 dargestellt ist. "Zähne" 21_1, 21_2 der kammartigen Struktur der ersten Anschlusszone greifen dabei zwischen "Zähne" 30_1, 30_2 der kammartigen Struktur der zweiten Anschlusszone 30, wobei die Driftzone 40 meanderförmig zwischen den sich gegenüberliegenden Kammstrukturen der ersten und zweiten Anschlusszone 21, 30 verläuft.
  • In Abschnitten der Driftzone 40, die zwischen parallel verlaufenden Abschnitten der ersten und zweite Anschlusszone verlaufen sind dabei Feldelektroden 50A, 50B umgeben von einer Isolationsschicht 52A, 52B angeordnet. In dem Beispiel gemäß 26 sind dies beispielsweise der erste Driftzonenabschnitt 40_1 und der zweite Driftzonenabschnitt 40_2. Der erste Driftzonenabschnitt 40_1 ist dabei zwischen dem Abschnitt 30_3 der ersten Anschlusszone 30 und dem Abschnitt 21_1 der ersten Anschlusszone 21 angeordnet, die abschnittsweise parallel verlaufen, und der zweite Driftzonenabschnitt 40_2 ist zwischen dem Abschnitt 30_1 der ersten Anschlusszone 30 und dem Abschnitt 21_1 der zweiten Anschlusszone 21 gebildet, die abschnittsweise parallel verlaufen.
  • Eckbereiche der Driftzone sind überall dort vorhanden, wo sich keine parallel verlaufenden Abschnitte der ersten und zweiten Anschlusszone 21, 30 unmittelbar getrennt durch die Driftzone gegenüberliegen bzw. dort wo Übergangsbereiche (Kanten) zwischen einer der ersten und zweiten Anschlusszone 21, 30 und der Driftzone 40 abgewinkelt verlaufen. Diese Eckbereich sind in 26 gestrichelt dargestellt und mit 10_1 bis 105_7 bezeichnet. An alle diese Eckbereiche 105_1-105_7 schließen sich jeweils zwei Driftzonenabschnitte an, in denen Feldelektroden 50A-50B angeordnet sind, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit solche Feldelektroden nur in den sich an den Eckbereich 105_3 anschließenden ersten und zweiten Driftzonenabschnitte 40_1, 40_2 dargestellt sind. Dieser Eckbereich 105_3 ist dadurch gebildet, dass der Übergang zwischen der zweiten Anschlusszone 30 und der Driftzone 40 abgewinkelt (in dem Beispiel unter einem Winkel von etwa 90°) verläuft.
  • Die Feldelektrodenstruktur in den Driftzonenabschnitten, beispielsweise den Abschnitten 40_1, 40_2, die zwischen zwei parallel verlaufenden Abschnitten der ersten und zweiten Anschlusszone 21, 30 ausgebildet sind, kann auf beliebige Weise entsprechend der Erläuterungen zu den 1 bis 19 ausgebildet sein.
  • Für die Bauelementstruktur in den Eckbereichen 105_1-105_7 gelten die anhand der 20 bis 25 erläuterten Ausführungen zu Eckstrukturen entsprechend. In diesen Eckbereichen können zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit also beispielsweise mit einem Dielektrikum gefüllte Gräben (vgl. 20 und 21) oder Feldelektroden in Form von Kreisringen (vgl. 22) in Form von Kreisringsegmenten (vgl. 23 und 24) oder Feldelektroden mit in Draufsicht quadratischem Querschnitt (vgl. 25) vorgesehen werden.
    • 10
    Halbleitersubstrat
    11
    hochdotierte Halbleiterzone
    100
    Halbleiterkörper
    101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    102
    Rückseite des Halbleiterkörpers
    103
    Ecke des Halbleiterkörpers
    104_1, 104_2
    Randseiten des Halbleiterkörpers
    105_1-105_7
    Eckbereiche
    120, 122
    Graben
    121, 123
    Dielektrikumsschicht150Elektrodenschicht
    150
    Elektrodenschicht
    152
    Isolationsschicht, Dielektrikumsschicht
    20
    erste Anschlusszone, Source-Zone, Emitter-
    Zone
    200
    Hartmaskenschicht
    21
    erste Anschlusszone, Anodenzone
    21_1-21_3
    Abschnitte der ersten Anschlusszone
    22
    erste Anschlusselektrode
    30
    zweite Anschlusszone, Drain-Zone, Kollektor-
    Zone, Kathoden-Zone
    30_1-30_4
    Abschnitte der zweiten Anschlusszone
    31
    Anschlusszone
    32
    zweite Anschlusselektrode
    40
    Driftzone
    40_1, 40_2
    Driftzonenabschnitte
    44
    Halbleiterzone mit erhöhter oder verringer
    ter effektiver Dotierung
    50, 50A-50C
    Feldelektrode, Feldplatte
    50A1
    Feldelektrode, Feldplatte
    50A'-50C'
    Feldelektrode, Feldplatte
    50B''
    Feldelektrode, Feldplatte
    50B1, 50B2
    Feldelektrode, Feldplatte
    52, 52A-52C
    Isolationsschicht
    56A-56C
    Feldelektrode, Feldplatte
    57A-57C
    Isolationsschicht
    58A-58C
    Feldelektrode, Feldplatte
    59A-59C
    Isolationsschicht
    60
    Kanalzone, Bodygebiet
    70
    Ansteuerelektrode, Gate-Elektrode
    71
    Gate-Isolation
    72
    Isolationsschicht
    80
    Schottky-Metall
    90A-90C
    floatend angeordnete Halbleiterzone
    92A-92C
    Anschlusskontakt
    94
    schwach dotierte Halbleiterzone
    95A-95C
    Anschlusskontakte
    96A-96C
    Elektroden

Claims (44)

  1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Seite (101) und einer zweiten Seite (102), – eine in dem Halbleiterkörper (100) unterhalb der ersten Seite (101) angeordnete, sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) zwischen einer ersten Anschlusszone (20; 21; 80) und einer zweiten Anschlusszone (30) erstreckende Driftzone (40), wobei die Driftzone (40) wenigstens einen ersten Driftzonenabschnitt (40_1) aufweist, der zwischen im wesentlichen parallel verlaufenden Abschnitten (21_1, 30_3) der ersten und zweiten Anschlusszone (21, 30) angeordnet ist, und wenigstens einen zweiten Driftzonenabschnitt aufweist, der zwischen im wesentlichen parallel verlaufenden Abschnitten (21_1, 30_3) der ersten und zweiten Anschlusszone (21, 30) angeordnet ist, wobei ein Übergang zwischen wenigstens einer der ersten und zweiten Anschlusszonen (20, 21, 30) und der Driftzone (40) in einem Eckbereich (105_1-105_7) zwischen dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) abgewinkelt verläuft, – wenigstens eine in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) angeordnete, sich ausgehend von der ersten Seite (101) in die Driftzone (40) hinein erstreckende Feldelektrode (50; 50'; 50A-50C; 50A'-50C'; 50B'', 50C''; 50A1, 50B1, 50B2), die im wesentlichen elektrisch isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist, – eine im Eckbereich (105_1-105_7) angeordnete, die Spannungsfestigkeit im Eckbereich erhöhende Struktur.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Struktur einen benachbart zu dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) angeordneten Graben (120; 122) aufweist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei sich der Graben (120; 122) benachbart zu dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) wenigstens annäherungsweise über die gesamte Länge der Driftzonenabschnitte (40_1, 40_2) erstreckt.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Graben wenigstens abschnittsweise von einer Dielektrikumsschicht (121; 123) bedeckt ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem ein Abstand (d3) zwischen dem Graben (120) und einer Feldelektrode (50A-50C) des ersten oder zweiten Driftzonenabschnitts (40_1, 40_2) kleiner oder gleich ist zur Hälfte des Abstands zwischen zwei im wesentlichen parallel angeordneten Feldelektroden des ersten oder zweiten Driftzonenabschnitts (40_1, 40_2).
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem im Eckbereich wenigstens eine Feldelektrode (56A-56C; 58A-58C; 156) angeordnet ist, die mittels einer Isolationsschicht (57A-57C; 59A-59C; 157) gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isoliert ist.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode (56A-56C) im wesentlichen kreisbogenförmig verläuft und im wesentlichen senkrecht zu der wenigstens einen Feldelektrode in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) verläuft.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein Abstand (d1) zwischen zwei Feldelektroden (56A-56D) im Eckbereich kleiner, gleich oder höchstens unwesentlich größer ist als ein Abstand zwischen zwei im wesentlichen parallel verlaufenden Feldelektroden des ersten und zweiten Driftzonenabschnitts (40_1, 40_2).
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode des Eckbereiches an die wenigstens eine Feldelektrode (50A) eines der Driftzonenabschnitte (40 2) angeschlossen ist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode (58A-58C) bei Draufsicht auf den Halbleiterkörper in vertikaler Richtung im wesentlichen nach Art eines Kreisringsegments ausgebildet ist.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei mehrere Feldelektroden (156, 157) vorhanden sind, die bei Draufsicht auf den Halbleiterkörper in vertikaler Richtung im wesentlichen quadratisch ausgebildet sind.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode (50,..., 50B2) in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) plattenförmig ausgebildet ist und sich in ihrer Längsrichtung entlang der Driftzone (40) zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) erstreckt.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Feldelektrode (50; 50') in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) an eine der Anschlusszonen (20, 30) gekoppelt ist.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt (40_1, 40_2) zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) mehrere in der Richtung von der ersten zu der zweiten Anschlusszone (20, 21; 30) beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden (50A-50C; 50A'-50C') in der Driftzone (40) angeordnet sind.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem die beabstandet zueinander angeordneten Feldelektroden (50A-50C; 50A'- 50C') an unterschiedliche Potentialquellen gekoppelt sind.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die wenigstens eine Feldplatte (50A-50C) an eine floatend in der Driftzone (40) angeordnete Halbleiterzone (90A-90C) gekoppelt ist, die vom selben Leitungstyp wie die Driftzone (40), jedoch stärker dotiert ist.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die wenigstens eine Feldplatte (50A-50C) an eine komplementär zu der Driftzone (40) dotierte Halbleiterzone (90A-90C) gekoppelt ist, die floatend in der Driftzone (40) angeordnet ist.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, bei dem in der in der Richtung von der ersten zu der zweiten Anschlusszone (20, 21; 30) wenigstens zwei Feldplatten (50A-50C) aufeinanderfolgend angeordnet sind, die an unterschiedliche floatend in der Driftzone (40) angeordnete, komplementär zu der Driftzone (40) dotierte Halbleiterzonen (90A-90C) gekoppelt sind.
  19. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Seite (101) und einer zweiten Seite (102), – eine in dem Halbleiterkörper (100) unterhalb der ersten Seite (101) angeordnete, sich in einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) zwischen einer ersten Anschlusszone (20; 21; 80) und einer zweiten Anschlusszone (30) erstreckende Driftzone (40), – wenigstens eine in der Driftzone angeordnete, sich ausgehend von der ersten Seite (101) in die Driftzone (40) hinein erstreckende Feldelektrode (50; 50'; 50A-50C; 50A'-50C'; 50B'', 50C''; 50A1, 50B1, 50B2), – eine komplementär zu der Driftzone (40) dotierte Halbleiterzone (90A-90C), die floatend in der Driftzone (40) angeordnet ist und an welche die wenigstens eine Feldelektrode (50; 50'; 50A-50C; 50A'-50C'; 50B'', 50C''; 50A1, 50B1, 50B2) gekoppelt ist, – eine an die Feldelektrode (50A-50C) oder die floatend angeordnete Halbleiterzone (90A-90C) angeschlossene Entladestruktur.
  20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, bei der die Entladestruktur eine schwächer als die floatende Halbleiterzone (90A-90C) dotierte Halbleiterzone (94) vom selben Leitungstyp umfasst, die die wenigstens eine floatende Halbleiterzonen (90A-90C) bei leitend angesteuertem Bauelement an ein definiertes Potential anschließt.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, bei dem das definierte Potential das Potential der ersten Anschlusszone ist.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, bei dem zwischen der ersten Anschlusszone (20) und der Driftzone (40) eine komplementär zu der ersten Anschlusszone (20) und der Driftzone (40) dotierte Halbleiterzone (60) vorhanden ist, wobei die Halbleiterzone (94) der Entladestruktur an diese Halbleiterzone (60) angeschlossen ist.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, bei dem die erste Anschlusszone (21) komplementär zu der Driftzone (40) dotiert ist, wobei die Halbleiterzone (94) der Entladestruktur an die erste Anschlusszone (21) angeschlossen ist.
  24. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, bei dem in der Driftzone (40) zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) mehrere in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden (50A-50C; 50A'-50C') in der Driftzone (40) angeordnet sind, die jeweils an komplementär zu der Driftzone (40) dotierte, in der Driftzone (40) angeordnete Halbleiterzonen (90A-90C) gekoppelt sind, wobei die Halbleiterzone (94) der Entladestruktur mehrere der floatend angeordneten Halbleiterzonen (90A-90C) verbindet.
  25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 24, bei dem die Halbleiterzone (94) der Entladestruktur die in der ersten lateralen Richtung aufeinander folgenden angeordneten Halbleiterzonen (90A-90C) verbindet.
  26. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, bei dem die Entladestruktur wenigstens eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) angeordnete Elektrode (96A-96C) aufweist, die an eine der floatenden Halbleiterzonen (90A-90C) angeschlossen ist und die in der ersten lateralen Richtung von der einen floatenden Halbleiterzone bis an eine benachbarte floatende Halbleiterzone oder bis an eine auf dem Potential der ersten Anschlusszone (20) liegende Halbleiterzone (60) reicht.
  27. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, bei dem die Driftzone (40) oberhalb einer komplementär zu der Driftzone (40) dotierten Halbleiterzone (10) angeordnet ist und bei dem die Entladestruktur eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der wenigstens einen Feldplatte (90A-90C) und dieser komplementäre Halbleiterzone (10) umfasst.
  28. Halbleiterbauelement nach Anspruch 27, bei dem die wenigstens eine Feldplatte (90A-90C) an einer der komplementären Halbleiterzone (10) zugewandten Seite sich abschnittsweise an die komplementäre Halbleiterzone (10) anschließt um eine elektrisch leitende Verbindung zu der komplementären Halbleiterzone (10) herzustellen.
  29. Halbleiterbauelement nach Anspruch 28, bei dem die komplementäre Halbleiterzone (10) im Bereich der elektrisch leitenden Verbindung höher dotiert als in übrigen Abschnitten.
  30. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 19 bis 29, bei die Feldelektrode (50; 50A-50C) plattenförmig ausgebildet ist und sich in ihrer Längsrichtung entlang der Driftzone (40) zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone (20, 30) erstreckt.
  31. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die plattenförmige Feldelektrode (50) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der ersten Seite (101) verjüngt.
  32. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 30, bei dem die Dicke einer die wenigstens eine Feldplatte (50') umgebenden Isolationsschicht (52') in der ersten lateralen Richtung zunimmt oder abnimmt.
  33. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dotierung der Driftzone (40) in vertikaler Richtung des Bauelements variiert.
  34. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die effektive Dotierung der Driftzone (30) an wenigstens einer Position lokal erhöht oder reduziert ist.
  35. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem wenigstens zwei in einer zweiten lateralen Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung von der ersten zu der zweiten Anschlusszone (20, 21; 30) verläuft, beabstandet zueinander angeordnete Feldelektroden (50, 50'; 50A-50C; 50A'-50C') vorhanden sind.
  36. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, bei dem der Abstand der wenigstens zwei benachbart angeordneten Feldelektroden (50B'') lokal reduziert ist.
  37. Halbleiterbauelement nach Anspruch 36, bei dem die wenigstens zwei Feldelektroden (50B'') plattenförmig ausgebildet sind, wobei wenigstens eine der Feldelektroden (50B'') schräg bezogen auf die erste laterale Richtung angeordnet ist, um einen in der ersten lateralen Richtung variierenden Abstand der wenigstens zwei benachbarten Feldplatten (50B'') zu erhalten.
  38. Halbleiterbauelement nach Anspruch 36, bei dem wenigstens eine der benachbarten Feldelektroden (50A1, 50B1, 50B2) wenigstens einen sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckenden Vorsprung aufweist.
  39. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die zweite Anschlusszone (30) in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt und eine Halbleiterzone (31) desselben Leitungstyps im Bereich der zweiten Seite (102) des Halbleiterkörpers (100) kontaktiert.
  40. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das als Diode ausgebildet ist, wobei die erste und zweite Anschlusszone (20, 30) komplementär zueinander dotiert sind.
  41. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 37, das als Feldeffekttransistor ausgebildet ist, bei dem – die erste Anschlusszone (20) vom selben Leitungstyp wie die Driftzone (40) ist, – zwischen der ersten Anschlusszone (20) und der Driftzone (40) eine komplementär dotierte Kanalzone (60) angeordnet ist, – benachbart zu der Kanalzone (60) eine gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isolierte Ansteuerelektrode (70) vorhanden ist.
  42. Halbleiterbauelement nach Anspruch 41, bei dem die Ansteuerelektrode (70) oberhalb der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  43. Halbleiterbauelement nach Anspruch 41, bei dem sich die Ansteuerelektrode (70) in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt.
  44. Halbleiterbauelement nach Anspruch 43, bei dem sich die wenigstens eine Feldplatte (50) unmittelbar an die Ansteuerelektrode (70) anschließt.
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