DE102005048447A1 - Semiconductor power component e.g. bipolar transistor, for high-voltage application, has charge compensation regions with vertically stacked pn-junctions, where sum of breakdown voltages of junctions is smaller than voltage of drift zones - Google Patents

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Abstract

The component (1) has a semiconductor body (3) with a vertically endowed drift distance (4) between an electrode (5) on a top side of the component and another electrode (8) on a rear side of the component. The drift distance has vertically aligned drift zones (11) that are surrounded by vertically aligned charge compensation regions (12). The regions have vertically stacked pn-junctions (13) with heavily doped p and n regions, where the sum of breakdown voltages of the stacked pn-junctions is smaller than a breakdown voltage of the drift zones. An independent claim is also included for a method of manufacturing a semiconductor power component with a charge compensation structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterleistungsbauelement mit einer in einem Halbleiterkörper in Stromflussrichtung ausgebildeten Driftstrecke aus einem Halbleitermaterial eines Leitungstyps. Die Driftstrecke ist zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet und weist eine Ladungskompensationsstruktur auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterelementes. Derartige Halbleiterelemente mit einer Driftstrecke sind je nach Ausbildung der Driftstrecke für hohe Spannungen bis zu mehreren 100 Volt einsetzbar.The The invention relates to a semiconductor power device with an in a semiconductor body formed in the current flow direction drift path of a semiconductor material of a conductivity type. The drift path is between at least one disposed first and a second electrode and has a charge compensation structure on. Furthermore, the invention relates to a process for the preparation of the semiconductor element. Such semiconductor elements with a drift path Depending on the design of the drift path for high voltages up to several 100 volts can be used.

Bei konventionellen MOSFETs mit Driftstrecke ist die maximale Donatorkonzentration [ND] in einem n-Gebiet als Driftstrecke und somit auch die elektrische Leitfähigkeit der Driftstrecke durch die geforderte Sperrfähigkeit bestimmt bzw. umgekehrt. Beim Avalanche-Durchbruch sind dann ca. 1,5 × 1012 cm12 Donatoren ionisiert, die ihre Gegenladung in der Akzeptorladung des p-leitenden Gebietes der konventionellen MOSFET-Struktur finden. Soll eine höhere Donatorkonzentration ermöglicht werden, so müssen Gegenladungen für die Donatoratome der Driftstrecke bzw. des n-Gebiets etwa in der gleichen Bauelement-Ebene wie die Driftstrecke gefunden werden. Bei MOS-Feldplattentransistoren mit Grabenstruktur, wie sie aus der Druckschrift US 6,573,558 B2 bekannt sind, geschieht dies durch die Ladungsträger der Feldplatte.In conventional MOSFETs with drift path, the maximum donor concentration [N D ] in an n - region as the drift path and thus also the electrical conductivity of the drift path is determined by the required blocking capability or vice versa. In avalanche breakdown, about 1.5 × 10 12 cm 12 donors are then ionized, which find their counter-charge in the acceptor charge of the p-type region of the conventional MOSFET structure. If a higher donor concentration is to be made possible, countercharges for the donor atoms of the drift path or of the n - region must be found approximately in the same component plane as the drift path. In MOS field plate transistors with trench structure, as is known from the publication US 6,573,558 B2 are known, this is done by the charge carriers of the field plate.

Bei Kompensationsbauelementen wie beim "CoolMOS", die alternierend in Zellen angeordnete n-Gebiete und p-Gebiete aufwei sen, geschieht dieses durch Akzeptoren der p-Gebiete als Gegenladungen.at Compensation components as in the "CoolMOS", the n-areas arranged alternately in cells and p-regions, this is done by acceptors of the p-regions as countercharges.

Soll die elektrische Leitfähigkeit einer Driftstrecke mit einem n-Gebiet durch Kompensationsstrukturen wie z. B. bei einem "CoolMOS" weiter verbessert werden, so dass sie eine mittlere Dotierstoffkonzentration erreicht, so muss der Kompensationsgrad immer genauer eingestellt werden. Dieses stößt bereits heute an die Grenzen der technologischen Machbarkeit, sodass die Driftstrecken von "CoolMOS"-Halbleiterleistungsbauelementen, die aus der Druckschrift DE 103 40 131 bekannt sind, eine Störstellenkonzentration bis zu [N] ≤ 2 × 1017 cm–3 aufweisen.If the electrical conductivity of a drift path with an n-region by compensation structures such. B. in a "CoolMOS" can be further improved so that it reaches an average dopant concentration, the degree of compensation must be adjusted more accurately. This is already reaching the limits of technological feasibility, so that the drift paths of "CoolMOS" semiconductor power devices, which are described in the publication DE 103 40 131 have an impurity concentration up to [N] ≤ 2 × 10 17 cm -3 .

Die aus US 6,573,558 B2 bekannten MOS-Feldplattentransistoren mit Grabenstruktur besitzen den Nachteil, dass je nach Anschlussart der Feldplatte entweder am source- oder am drainseitigen Ende zum n-Gebiet die volle Sperrspannung abfällt und somit sehr dicke Isolationsschichten erforderlich sind. Bei 600 V Dauerbelastung wäre ein etwa 3 μm bis 6 μm dickes SiO2 erforderlich, was den Effekt der Feldplatte bei der Bereitstellung von Gegenladungen deutlich reduziert.From US 6,573,558 B2 known MOS field plate transistors with trench structure have the disadvantage that depending on the type of connection of the field plate either at the source or at the drain end to the n - area the full reverse voltage drops and thus very thick insulation layers are required. At 600 V continuous load, an approximately 3 microns to 6 microns thick SiO 2 would be required, which significantly reduces the effect of the field plate in the provision of countercharges.

Weitere Halbleiterleistungsbauelemente sind aus der Druckschrift US 6,608,350 B2 bekannt. Diese weisen Grabenstrukturen auf. Mit derartigen bekannten Grabenstrukturen kann ein Hochspannungstransistor mit niedrigem Durchlasswiderstand auf einem n+-leitenden Halbleitersubstrat mit einem schwachdotierten Halbleiterkörperbereich auf dem n+-leitenden Halbleitersubstrat hergestellt werden, indem aus der Grabenstruktur Kompensationsgebiete in den schwachdotierten Halbleiterkörperbereich ausdiffundiert werden. Der Graben kann mit einem Dielektrikum oder einem hochresistiven semiisolierenden Mate rial gefüllt werden, wie es auch in der DE 19 848 828 C2 beschrieben wird.Other semiconductor power devices are from the document US 6,608,350 B2 known. These have trench structures. With such known trench structures, a high-voltage transistor having a low on-state resistance can be formed on an n + -type semiconductor substrate having a lightly doped semiconductor body region on the n + -type semiconductor substrate by diffusing compensation regions from the trench structure into the lightly doped semiconductor body region. The trench can be filled with a dielectric or a highly resistive semi-insulating Mate rial, as it is also in the DE 19 848 828 C2 is described.

Halbleiterleistungsbauelemente mit Grabenstruktur sind auch aus den Druckschriften US 4,893,160 und US 5,282,018 bekannt. Bei diesen Grabenstrukturen werden Avalanche-Durchbrüche im schwachdotierten Bereich zwischen einer Gate-Anordnung in der Grabenstruktur und einem Drainbereich mit hochdotiertem Substrat durch mittel- bis hochdotierte Zonen im Bereich der Grabenböden vermieden. Halbleiterbauelemente mit Grabenstruktur haben den prinzipiellen Nachteil, dass zur Herstellung der Grabenstruktur und für die strukturierte Füllung der Gräben teilweise keine Standardverfahren der Halbleitertechnologie existieren, sodass mit hohem Kostenaufwand neue Verfahren entwickelt werden müssen, um derartige neue Halbleiterleistungsbauelemente zu verwirklichen.Semiconductor power devices with trench structure are also from the documents US 4,893,160 and US 5,282,018 known. In these trench structures avalanche breakthroughs in the lightly doped region between a gate arrangement in the trench structure and a drain region with highly doped substrate are avoided by medium to highly doped zones in the region of the trench bottoms. Semiconductor components having a trench structure have the fundamental disadvantage that in some cases no standard methods of semiconductor technology exist for producing the trench structure and for the structured filling of the trenches, so that new methods have to be developed at high cost in order to realize such new semiconductor power components.

Halbleiterleistungsbauelemente für Sperrspannungen mit einigen 100 Volt sind darüber hinaus äußerst kritisch in ihrem Avalanche-Verhalten. Durch die hohen Spannungen im Durchbruchsfall werden bereits bei kleinen Avalanche-Stromstärken hohe Verlustleistungen in dem Halbleiterleistungsbauelement umgesetzt. Diese sind überwiegend in Zonen hoher Feldstärke an und in der Nähe der sperrenden pn-Übergänge lokalisiert. Daher sind Halbleiterleistungsbauelemente prinzipiell gegenüber beispielsweise Varistoren vergleichbarer Sperrfestigkeit im Avalanche-Verhalten im Nachteil, da Varistoren durch die vielfache Serien- und Parallelschaltungen von Diodenstrukturen mit vergleichsweise niedriger Sperrspannung die Verlustleistungsbildung nahezu homogen auf das Bauelementvolumen verteilen. Sie können deshalb zur Funkenlöschung bei Hochspannungskontakten eingesetzt werden, ohne selbst zerstört zu werden.Semiconductor power devices for blocking voltages with some 100 volts are about it beyond extremely critical in their avalanche behavior. Due to the high voltages in the breakdown even at low avalanche currents high power losses implemented in the semiconductor power device. These are predominantly in zones of high field strength at and near the blocking pn junctions localized. Therefore, semiconductor power devices are in principle over, for example Varistors of comparable blocking resistance in avalanche behavior At a disadvantage, since varistors through the multiple series and parallel circuits of Diode structures with comparatively low reverse voltage the Power dissipation almost homogeneous to the device volume to distribute. You can therefore for spark quenching be used with high voltage contacts without being destroyed themselves.

Durch weitere Miniaturisierung von Halbleiterleistungsbauelementen für Hochspannungsanwendungen wird somit die Avalanche-Festigkeit zum begrenzenden Parameter, da die Verlustleistungsdichte bei Überlastfällen wegen des höheren Nennstromes steigt, während die thermische Kapazität des Halbleitervolumens durch den Miniaturisierungsbedarf ständig sinkt. Dadurch werden kritische Temperaturen, die zum Sperrversagen führen, bereits bei einem kleineren Anteil der Nennstromstärke erreicht, als bei Halbleiterbauelementen mit geringerer Nennstromdichte.Further miniaturization of semiconductor power devices for high voltage applications thus avalanche resistance limiting parameter, since the power loss density increases in overload cases because of the higher rated current, while the thermal capacity of the semiconductor volume by the Miniaturisierungsbedarf constantly decreases. As a result, critical temperatures that lead to blocking failure, even at a smaller proportion of the rated current level achieved, as in semiconductor devices with lower nominal current density.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterleistungsbauelement mit Driftstrecke und Ladungskompensationsstruktur anzugeben, das trotz erhöhter Nennstromdichte im Durchlassfall, im Sperrfall eine verbesserte Avalanche-Festigkeit aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem ein derartiges Halbleiterleistungsbauelement mit standardisierten Verfahren der Halbleitertechnologie hergestellt werden kann.task The invention is a semiconductor power device with drift path and charge compensation structure, despite increased nominal current density in the case of passage, in the case of blocking an improved avalanche resistance having. It is another object of the invention, a cost-effective method specify with which such a semiconductor power device manufactured using standardized methods of semiconductor technology can be.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved with the subject matter of the independent claims. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterleistungsbauelement mit Kompensationsstruktur geschaffen, wobei das Halbleiterleistungsbauelement einen Halbleiterkörper mit einer vertikalen schwach- bis mitteldotierten Driftstrecke zwischen einer ersten Elektrode auf der Oberseite des Halbleiterleistungsbauelements und einer zweite Elektrode auf der Rückseite des Halbleiterleistungsbauelements aufweist. Außerdem weist die Driftstrecke vertikal ausgerichtete Driftzonen, die von vertikal ausgerichteten Ladungskompensationsbereichen umgeben sind, auf. Die Ladungskompensationsbereiche weisen ihrerseits eine Anzahl vertikal gestapelter pn-Übergänge, mit hochdotierten p+- und n+-Bereichen auf, wobei die Summe der Durchbruchspannungen der gestapelten pn-Übergänge der Ladungskompensationsbereiche kleiner ist, als die Durchbruchspannung der jeweiligen Driftzone.According to the invention, a semiconductor power device with compensation structure is provided, wherein the semiconductor power device has a semiconductor body with a vertical weak to medium doped drift path between a first electrode on top of the semiconductor power device and a second electrode on the back of the semiconductor power device. In addition, the drift path has vertically aligned drift zones surrounded by vertically aligned charge compensation areas. The charge compensation regions in turn comprise a number of vertically stacked pn junctions with highly doped p + and n + regions, the sum of the breakdown voltages of the stacked pn junctions of the charge compensation regions being less than the breakdown voltage of the respective drift zone.

Ein derartiges Halbleiterleistungsbauelement hat den Vorteil, dass die in den Ladungskompensationsbereichen gestapelten pn-Übergänge noch vor Erreichen der Durchbruchspannung der Driftzone praktisch wie Überspannungsschutzdioden fungieren und somit einen Avalanche-Durchbruch in den Driftzonen in vorteilhafter Weise unterdrücken.One Such semiconductor power device has the advantage that the in the charge compensation areas stacked pn junctions before reaching the Drift zone breakdown voltage act practically like overvoltage protection diodes and thus an avalanche breakthrough in the drift zones in an advantageous Suppress way.

Das bedeutet, dass die Durchbruchspannung des Halbleiterleistungsbauelements durch diesen vertikalen Stapel aus pn-Übergängen in den Ladungskompensationsbereichen innerhalb des Halbleiterkörpers definiert wird. Praktisch bilden die pn-Übergänge Dioden, die z.B. durch mehrfache Implantationen in die Oberfläche einer jeweils epitaktisch abgeschiedenen Siliziumschicht, eingebracht sind. Ihre Serienschaltung innerhalb des Ladungskompensationsbereichs besitzt eine niedrigere Durchbruchspannung als der Randabschluss und bei MOSFET-Bauelementen eine niedrigere Durchbruchspannung als der sperrende pn-Übergang des Bodygebietes des Halbleiterleistungsbauelements. Der Avalanche-Durchbruch wird somit durch den Stapel aus einer Serie von pn-Übergängen eines Stapels von Dioden innerhalb der Halbleiterkörpers bestimmt, so dass es zu keiner stark inhomogenen Erhitzung des Halbleiterleistungsbauelements durch einen Avalanche-Strom im Bereich der Grenzflächen der Driftstrecken kommt.The means that the breakdown voltage of the semiconductor power device through this vertical stack of pn junctions in defines the charge compensation regions within the semiconductor body becomes. In practice, the pn junctions form diodes, the e.g. by multiple implantations in the surface of a each epitaxially deposited silicon layer are introduced. Their series connection within the charge compensation range has a lower breakdown voltage than the edge termination and in MOSFET devices a lower breakdown voltage than the blocking pn junction the body region of the semiconductor power device. The avalanche breakthrough Thus, through the stack of a series of pn junctions of a Stack of diodes within the semiconductor body determined so that it to no highly inhomogeneous heating of the semiconductor power device by an avalanche current in the area of the interfaces of Drift routes comes.

Darüber hinaus definieren die pn-Übergänge den Potentialverlauf innerhalb des Halbleiterleistungsbauelements, beim statischen Sperren auch ohne jeden Avalanche-Durchbruch. Durch die hohe, nicht vollständig ausgeräumte Dotierung der vertikalen Schichten, welche die pn-Übergänge bilden, werden mobile Ladungen für die positiv geladenen Donatorrümpfe im benachbarten schwach- bis mitteldotierten Gebiet der Driftzonen bereitgestellt, sodass die Dotierung in den Driftzonen ähnlich wie bei herkömmlichen Kompensationsbauelementen oder wie bei sogenannten high-k-Bauelementen, oder wie im Fall von Grabenkondensatoren, deutlich erhöht werden kann, und somit auch bessere Durchlasswerte für das Halbleiterleistungsbauelement erreicht werden. Die erfindungsgemäße Struktur von gestapelten pn-Übergängen in den Ladungskompensationsbereichen eignet sich ebenfalls als Randabschluss für Halbleiterleistungsbauelemente analog zu den high-k-Bauelementen bzw. den Bauelementen mit entsprechenden Grabenkondensatoren.Furthermore define the pn junctions the Potential profile within the semiconductor power device, the static locks even without any avalanche breakthrough. By the high, not complete reamed Doping of the vertical layers forming the pn junctions, be mobile charges for the positively charged donor hulls in the adjacent weak to medium-doped area of the drift zones so that the doping in the drift zones is similar to at conventional Compensation components or as in so-called high-k devices, or, as in the case of trench capacitors, significantly increased can, and thus also better on-state values for the semiconductor power device be achieved. The inventive structure of stacked pn junctions in The charge compensation ranges are also suitable as edge termination for semiconductor power devices analogous to the high-k components or the components with corresponding Grave capacitors.

Die pn-Übergänge können zur besseren Einstellung der einzelnen Durchbruchspannungen auch als pnn+-Übergänge ausgeführt werden. In diesem Fall kann die vertikale Dimensionierung der pnn+-Strukturen derart erfolgen, dass zwischen zwei vertikal aufeinanderfolgenden p-Gebieten weniger oder mehr als die Durchbruchsladung als integrale Donatordotierung vorliegt. Beide Methoden sind zur Herstellung geeignet und können über die Dicke der Epischicht, also der zwischen zwei p-Gebieten liegenden n-Dotierung und die Höhe der n+-Dotierung bzw. deren Dicke gesteuert werden. Bei der Dimensionierung muss die in der Driftzone integral vorhandene Donatorladung mit berücksichtigt werden, deren Kompensationsladung durch die p-Gebiete gebildet wird. Übersteigt die integrale Donatordotierung die Durchbruchsladung, erfolgt der Durchbruch über den Avalanche- oder den Tunneleffekt – je nach Höhe der Dotierungen. Bleibt die integrale Donatordotierung jedoch unterhalb der Durchbruchsladung, so greift das elektrische Feld bis zum nächsten p-Gebiet durch, das vom Feld nicht vollständig ausgeräumt wird, und begrenzt so die Spannungsaufnahme zwischen zwei p-Gebieten. Vorteil dabei ist, dass keine Ladungsträger durch die Raumladungszone transportiert werden müssen.The pn junctions can also be implemented as pn - n + transitions for better setting of the individual breakdown voltages. In this case, the vertical dimensioning of the pn - n + structures may be such that there is less than or more than the breakdown charge as integral donor doping between two vertically consecutive p-type regions. Both methods are suitable for the production and can be controlled by the thickness of the epilayer, ie the n - doping lying between two p regions and the height of the n + doping or its thickness. When dimensioning, the donor charge integrally present in the drift zone must be taken into account, whose compensation charge is formed by the p regions. If the integral donor doping exceeds the breakdown charge, the breakthrough occurs through the avalanche or tunnel effect, depending on the level of doping. However, if the integral donor doping remains below the breakdown charge, then the electric field reaches the next p-type region which is not completely cleared by the field and thus limits the voltage pickup between two p-regions. The advantage here is that no charge carriers must be transported through the space charge zone.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers ein homogenes, monokristallines Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, auf. Derartige homogene, monokristalline Halbleitermaterialien lassen sich durch Einbringen von Störstellen auf Substitutionsgitterplätzen dotieren, wobei Elemente der dritten Gruppe des periodischen Systems auf Substitutionsgitterplätzen der monokristallinen Halbleitermaterialien bei Raumtemperatur bzw. bei den zulässigen Betriebstemperaturen eines Halbleiterleistungsbauelements einen p-Leitungstyp mit Akzeptorrümpfen ausbilden. Entsprechend bilden Elemente der fünften Gruppe des Periodensystems auf Substitutionsgitterplätzen des monokristallinen Halbleitermaterials Bereiche mit einem n-Leitungstyp, wobei bei Raumtemperatur und den zulässigen Betriebstemperaturen des Halbleiterleistungsbauelements Elektronen an das Gitter abgegeben werden, und Donatorrümpfe auf den Gitterplätzen zurückbleiben.In a preferred embodiment The invention includes the semiconductor material of the semiconductor body homogeneous, monocrystalline semiconductor material, in particular silicon, on. Such homogeneous, monocrystalline semiconductor materials can be by introducing impurities on substitution grid sites dope, taking elements of the third group of the periodic system on substitution grid sites the monocrystalline semiconductor materials at room temperature or at the permissible Operating temperatures of a semiconductor power device a p-type conductivity with acceptor hulls form. Accordingly, elements of the fifth group of the periodic table form on substitution grid sites of the monocrystalline semiconductor material regions with an n-type conductivity, wherein at room temperature and the permissible Operating temperatures of the semiconductor power device electrons donated to the grid, and donor hulls remain on the lattice sites.

Die erfindungsgemäßen pn-Übergänge in den Ladungskompensationsbereichen definieren vorzugsweise die Feldverteilung im Leistungshalbleiterbauelement entlang der Driftzonen. Damit wird sichergestellt, dass in den benachbarten Driftzonen, die Feldverteilung derart gewährleistet ist, dass keine Avalanche-Durchbrüche auftreten können, zumal vorher die gestapel ten pn-Übergänge lokal ihre Sperrspannungen überschreiten und durchbrechen.The pn junctions of the invention in the Charge compensation areas preferably define the field distribution in the power semiconductor device along the drift zones. This will be ensured that in the adjacent drift zones, the field distribution guaranteed is that no avalanche breakthroughs can occur, especially before the stacked pn junctions locally exceed their blocking voltages and break through.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die pn-Übergänge der Ladungskompensationsbereiche, welche die Feldverteilung der umgebenden Driftzone beeinflussen derart strukturiert, dass die Driftzonen eine gegenüber Driftstrecken ohne benachbarte Ladungskompensationsbereiche um mindestens den Faktor 3 erhöhte Dotierstoffkonzentration bei unveränderter Sperrspannungsfestigkeit aufweisen. Somit wird durch die Ladungskompensationsbereiche nicht nur ein verbessertes Avalanche-Verhalten der Driftzonen erreicht, sondern zusätzlich auch ein niedrigerer Einschaltwiderstand für das Halbleiterleistungsbauelement ermöglicht, womit eine geringere Verlustleistung in dem durchgeschalteten Zustand verbunden ist, was gleichzeitig bedeutet, dass die Verlustwärme bei Halbleiterleistungsbauelementen mit der erfindungsgemäßen Struktur der Ladungskompensationsgebiete verringert ist.In a further preferred embodiment The invention relates to the pn junctions of Charge compensation ranges, which the field distribution of the surrounding Driftzone influence structured so that the drift zones one opposite drift routes without adjacent charge compensation areas by at least the Factor 3 increased dopant concentration at unchanged Have reverse voltage resistance. Thus, by the charge compensation areas not only achieves improved avalanche behavior of the drift zones, but in addition also a lower on resistance for the semiconductor power device allows with a lower power loss in the through-connected state connected, which at the same time means that the heat loss at Semiconductor power devices with the structure according to the invention the charge compensation regions is reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die pn-Übergänge der Ladungskompensationsbereiche in ihrer flächigen Erstreckung in dem Halbleiterkörper eine Streifen-, Gitter-, Schachbrett- oder Honigwabenstruktur auf. Mit derartigen Strukturen kann gewährleistet werden, dass zu jeder Driftzone benachbart, ein Ladungskompensationsbereich vorhanden ist, und umgekehrt.In a preferred embodiment invention, the pn junctions of Charge compensation areas in their planar extent in the semiconductor body a Strip, grid, checkerboard or honeycomb structure. With such structures can be guaranteed be adjacent to each drift zone, a charge compensation region exists, and vice versa.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die gestapelten pn-Übergänge Halbleitermaterialien eines gleichen oder eines komplementären Leitungstyps zum Leitungstyp der Driftzonen mit einer Ladungsträgerkonzentration auf, die um mindestens eine Zehnerpotenz höher ist, als die Ladungsträ gerkonzentration in den umgebenden Driftzonen. Durch diese hohe Ladungsträgerkonzentration in den Bereichen, welche die gestapelten pn-Übergänge in den Ladungskompensationsbereichen bilden, wird erreicht, dass die Summe der Sperrspannungen der pn-Übergänge geringer ist, als die Sperrspannungen der Driftzonen.In a further embodiment According to the invention, the stacked pn junctions comprise semiconductor materials same or complementary Conduction type to the conductivity type of the drift zones with a carrier concentration which is at least one order of magnitude higher than the charge carrier concentration in the surrounding drift zones. Due to this high charge carrier concentration in the areas surrounding the stacked pn junctions in the charge compensation areas form, it is achieved that the sum of the reverse voltages of the pn junctions lower is, than the reverse voltages of the drift zones.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Summe der Durchbruchspannungen der einzelnen pn-Übergänge größer, als die zulässige Sperrspannung des Halbleiterleistungsbauelements. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die zulässige Sperrspannung des Halbleiterleistungsbauelements angelegt werden kann, ohne dass dabei der Stapel der pn-Übergänge in den Ladungskompensationsbereichen durchbricht. Die zulässige Sperrspannung der Halbleiterleistungsbauelemente liegt somit unter der Summe der Durchbruchspannungen der gestapelten pn-Übergänge.In a further embodiment The invention is the sum of the breakdown voltages of the individual pn transitions greater than the permissible reverse voltage of the semiconductor power device. This has the advantage that the permissible reverse voltage of the semiconductor power device can be applied without while the stack of PN junctions in the Breaks charge compensation areas. The permissible reverse voltage of Semiconductor power devices is thus below the sum of the breakdown voltages the stacked pn junctions.

Eine einzelne pn-Übergangsstruktur des Stapels aus pn-Übergängen weist eine Dicke d zwischen 0,1 μm ≤ d ≤ 20 μm, vorzugsweise zwischen 0,3 μm ≤ d ≤ 10 μm, auf. Dabei hängt die Dicke d einer einzelnen pn-Übergangsstruktur von der Dicke der Epitaxieschicht ab, in welche die pn-Übergangsstruktur eingebracht wird. In diesem Zusammenhang ist die Dicke d einer einzelnen pn-Übergangsstruktur kleiner, als die Dicke h einer Epitaxieschicht.A single pn junction structure of the stack of pn junctions a thickness d between 0.1 μm ≤ d ≤ 20 μm, preferably between 0.3 μm ≤ d ≤ 10 μm, on. there depends on that Thickness d of a single pn junction structure from the thickness of the epitaxial layer into which the pn junction structure is introduced. In this context, the thickness d is a single one pn junction structure smaller, as the thickness h of an epitaxial layer.

Die Driftzonen weisen eine Dotierstoffkonzentration N zwischen 2 ×1015 cm–3 ≤ N ≤ 1018 cm–3, vorzugsweise zwischen 1 × 1016 cm–3 ≤ N ≤ 2 × 1017 cm–3, auf. Eine derart hohe, den Einschaltwiderstand des Halbleiterleistungsbauelements herabsetzende Dotierstoffkonzentration N in den Driftzonen ist in vorteilhafter Weise nur deshalb möglich, weil entsprechend dimensionierte Ladungskompensationsbereiche mit gestapelten pn-Übergängen benachbart zu den Driftzonen angeordnet sind.The drift zones have a dopant concentration N between 2 × 10 15 cm -3 ≦ N ≦ 10 18 cm -3 , preferably between 1 × 10 16 cm -3 ≦ N ≦ 2 × 10 17 cm -3 . Such a high doping concentration N, which reduces the on-resistance of the semiconductor power component, in the drift zones is advantageously possible only because correspondingly dimensioned charge compensation regions with stacked pn junctions are arranged adjacent to the drift zones.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausdehnung einer Driftzone von einem Ladungskompensationsbereich zu einem nächsten Ladungskompensationsbereich nicht mehr als etwa 1/3 der Ausdehnung der Driftzone in Stromflussrichtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode. Im Prinzip bedeutet das, dass das Längen- zu Breitenverhältnis in einer Driftzone größer oder gleich 3:1 ist, um sicherzustellen, dass im Sperrfall die Ladungen in der Driftzone durch die Ladungskompensationsbereiche kompensiert werden können.In a further preferred embodiment of the invention, the extension of a drift zone from a charge compensation region to a next charge compensation region is not more than about 1/3 of the extension of the drift zone in the current flow direction between the first and the second second electrode. In principle, this means that the length to width ratio in a drift zone is greater than or equal to 3: 1, to ensure that in the case of blocking, the charges in the drift zone can be compensated by the charge compensation regions.

Die erfindungsgemäße Struktur wird in vorteilhafter Weise für Halbleiterleistungsbauelemente eingesetzt, die als MOSFETs, oder als JFETs, oder als IGBTs, oder als pnn-Dioden, oder als Schottky-Dioden oder als Bipolar-Transistoren eingesetzt werden sollen.The structure according to the invention is advantageously used for semiconductor power components which are to be used as MOSFETs, or as JFETs, or as IGBTs, or as pn - n diodes, or as Schottky diodes or as bipolar transistors.

Ist das Halbleiterleistungsbauelement als vertikaler MOSFET ausgebildet, so werden die Driftzonen auf einem hochdotierten Substrat mit gleichem Leitungstyp wie die Driftzonen angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der Bahnwiderstand des Draingebietes durch die hohe Dotierung des Substrats gering gehalten werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reicht die Struktur aus pn-Übergängen in den Ladungskompensationsbereichen ungefähr bis an das hoch dotierte Substrat heran. Das hat den Vorteil, dass auch Avalanche-Effekte, die im Übergangsbereich von schwach- bis mitteldotierten Driftzonen zu dem hochdotierten Substratbereich auftreten könnten, durch die bis an das hochdotierte Substrat heranreichende pn-Übergangsstruktur vermieden werden.is the semiconductor power device is designed as a vertical MOSFET, Thus, the drift zones on a highly doped substrate with the same conductivity type arranged like the drift zones. This has the advantage that the web resistance of the drain region kept low by the high doping of the substrate can be. In a further preferred embodiment of the invention ranges the structure of pn junctions in the charge compensation areas approximately up to the highly doped Substrate. This has the advantage that even avalanche effects, in the transition area from weak to medium doped drift zones to the heavily doped Substrate area could occur through the up to the highly doped substrate zoom reaching pn junction structure be avoided.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Driftzone der im Bereich zu einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegenden zweiten Elektrode an ein hochdotiertes Gebiet angrenzt und mit der zweite Elektrode als eine Drainelektrode elektrisch in Verbindung steht. Der Vorteil dieser Konstruktion wurde bereits oben erwähnt und liegt darin, dass der Bahnwiderstand des Draingebietes im Halbleiterkörper bis zur Drainelektrode so gering wie möglich gehalten wird.Farther it is provided that the drift zone of the opposite in the region to a main surface of the semiconductor body second electrode adjacent to a highly doped region and with the second electrode as a drain electrode electrically connected stands. The advantage of this construction has already been mentioned above and lies in the fact that the track resistance of the drain region in the semiconductor body up to to the drain electrode is kept as low as possible.

Außerdem ist bei MOSFET-Bauelementen die erste Elektrode als Sourceelektrode ausgebildet und liegt auf Sourcepotential. Der Stapel aus pn-Übergängen kann im Bereich der Oberseite des Halbleiterkörpers mit einer zusätzlichen Elektrode, oder mit der Sourceelektrode, oder auch mit der Gateelektrode elektrisch in Wirkverbindung stehen.Besides that is in MOSFET devices, the first electrode as a source electrode trained and is at source potential. The stack of pn junctions can in the region of the top of the semiconductor body with an additional Electrode, or with the source electrode, or with the gate electrode electrically in operative connection.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Halbleiterleistungsbauelement eine planare Gatestruktur mit einer Gateelektrode und einem Gateoxid auf. Dieses Gateoxid erstreckt sich über einen Kanalbereich der Bodyzone und isoliert die Gateelektrode, ohne ihre Steuerwirkung auf den Kanal der Bodyzone zu vermindern. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Halbleiterleistungsbauelement eine Trenchgatestruktur auf, wobei die Trenchgateelektrode die Bodyzone durchdringt. Diese Konstruktion hat den Vorteil gegenüber der planaren Gateelektrode, dass bei annähernd gleicher Länge des Kanals der MOSFET-Struktur, eine Vergrößerung der Weite des Kanalgebietes erreicht werden kann.In a further preferred embodiment According to the invention, the semiconductor power device is a planar one Gate structure with a gate electrode and a gate oxide on. This Gate oxide extends over a channel region of the body zone and isolates the gate electrode, without diminishing their control effect on the channel of the Bodyzone. In a further embodiment According to the invention, the semiconductor power device has a trench gate structure on, wherein the trench gate electrode penetrates the body zone. These Construction has the advantage over the planar gate electrode, that at approx same length the channel of the MOSFET structure, an enlargement of the Width of the canal area can be achieved.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Breite b einer Driftzone zwischen den gestapelten pn-Über gangsbereichen, im Bereich von 1 μm ≤ b ≤ 30 μm, vorzugsweise 2 μm ≤ b ≤ 10 μm. Ferner liegt die Länge L einer Driftzone in vertikaler Richtung in Silizium für eine Durchbruchspannung von etwa 600 Volt, zwischen ungefähr 30 μm ≤ 1 ≤ 90 μm.In a further embodiment the invention is the width b of a drift zone between the stacked pn transition areas, in the range of 1 μm ≤ b ≤ 30 μm, preferably 2 μm ≤ b ≤ 10 μm. Further lies the length L of a drift zone in the vertical direction in silicon for a breakdown voltage of about 600 volts, between about 30 μm ≤ 1 ≤ 90 μm.

Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterleistungsbauelementen mit Ladungskompensationsstruktur weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird mit einem ersten Verfahrensschritt a) ein hochdotierter Halbleiterwafer eines ersten Leitungstyps hergestellt. Danach wird in einem zweiten Verfahrensschritt b) eine erste schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps, als erster Schritt zur Ausbildung einer Driftstrecke aufgebracht. Diese erste Epitaxieschicht mit erstem Leitungstyp wird für MOSFET-Bauelemente, pnn-Dioden oder für IGBTs realisiert. Im Unterschied zu pnn-Dioden und MOSFETs wird bei IGBTs die eine erste schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht eines komplementären Leitungstyps mit dem Verfahrensschritt b) realisiert.A method for producing semiconductor power devices with charge compensation structure comprises the following method steps. First, a highly doped semiconductor wafer of a first conductivity type is produced by a first method step a). Thereafter, in a second method step b), a first weakly to medium-doped epitaxial layer of the first conductivity type is applied as the first step for forming a drift path. This first epitaxial layer of the first conductivity type is realized for MOSFET devices, pn - n diodes or IGBTs. In contrast to pn - n diodes and MOSFETs, in IGBTs the first weakly to medium-doped epitaxial layer of a complementary conductivity type is realized with method step b).

In einem dritten Verfahrensschritt c) wird ein selektives Ionenimplantieren von substitutionellen Störstellen des komplementären Leitungstyps zum Leitungstyps der umgebenden Epitaxieschicht in Ladungskompensationsbereichen zur Erzeugung hoch- und komplementär dotierter Zonen in den Leistungskompensationsbereichen durchgeführt. In einem weiteren, vierten Verfahrensschritt d) wird dann ein selektives Ionenimplantieren von substitutionellen Störstellen des ersten Leitungstyps in Ladungskompensationsbereichen zur Erzeugung hoch dotierter pn-Übergänge in den hoch- und komplementär dotierten Zonen der Ladungskompensationsbereiche durchgeführt. Die Dimensionierung dieser pn-Strukturen in vertikaler Richtung kann über die Wahl der Implantationsenergien der beiden Implantationsschritte eingestellt werden.In a third process step c) will be a selective ion implantation of substitutional impurities of the complementary Conductivity type to the conductivity type of the surrounding epitaxial layer in Charge compensation regions for generating high and complementary doped Zones performed in the power compensation areas. In a further, fourth process step d) is then a selective Ion implantation of substitutional impurities of the first conductivity type in charge compensation regions for generating highly doped pn junctions in the high and complementary doped zones of the charge compensation areas performed. The Dimensioning of these pn structures in the vertical direction can be done via the Choice of implantation energies of the two implantation steps be set.

In einem fünften Verfahrensschritt wird schließlich eine weitere schwach- bis mitteldotierte Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps als weiterer Schritt zur Ausbildung einer Driftstrecke unter Diffusion der implantierten substitutionellen Störstellen und wiederholen der Implantationsschritte c) und d) durchgeführt.In a fifth Process step will eventually another weak to medium doped epitaxial layer of the first Line type as a further step to the formation of a drift path under diffusion of the implanted substitutional impurities and repeat the implantation steps c) and d).

Im Verfahrensschritt f) werden die Schritte b) bis e) mehrfach wiederholt, bis eine für eine vorgesehene Sperrspannung ausreichende Dicke der Driftzone unter gleichzeitiger Ausbildung von hochdotierten pn-Übergängen in Ladungskompensationsbereichen an den Grenzen der jeweiligen Epitaxieschichten erreicht ist.In method step f), steps b) to e) are repeated several times until one for a vorgese Hene blocking voltage sufficient thickness of the drift zone is achieved with simultaneous formation of highly doped pn junctions in charge compensation areas at the boundaries of the respective epitaxial layers.

In einem abschließenden Verfahrensschritt g) wird mindestens eine abschließende Epitaxieschicht ohne Einbringen einer pn-Übergangsstruktur durchgeführt.In a final one Process step g) is at least one final epitaxial layer without introducing a pn junction structure carried out.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass in jeder Epitaxieschicht ein pn-Übergang mit hoch dotierten Störstellenkonzentrationen hergestellt wird, so dass nach Abschluss aller Epitaxieschichten eine Mehrzahl von gestapelten pn-Übergängen in den Ladungskompensationsbereichen zur Verfügung steht. Dabei werden die Dicken der Epitaxieschicht und die Dicke der hochdotierten komplementär dotierten Zone, sowie der in diesen Zonen hergestellten hochdotierten Bereiche des ersten Leitungstyps derart aufeinander abgestimmt, dass die Dicke einer pn-Übergangsstruktur vorzugsweise kleiner ist, als die Dicke einer Epitaxieschicht.This Method has the advantage that in each epitaxial layer a pn junction with highly doped impurity concentrations is produced, so that after completion of all epitaxial layers a plurality of stacked pn junctions in the charge compensation regions to disposal stands. The thicknesses of the epitaxial layer and the thickness become the highly doped complementary doped zone, as well as the highly doped produced in these zones Areas of the first conductivity type are coordinated with each other, that the thickness of a pn junction structure is preferably smaller than the thickness of an epitaxial layer.

Neben den oben bereits beschriebenen Vorteilen der mit einem derartigen Verfahren hergestellten Halbleiterleistungsbauelemente kommt hinzu, dass das Abscheiden von Epitaxieschichten ein gut beherrschter Prozess der Halbleitertechnologie ist, und auch das Dotieren und Ionenimplantieren von Störstellen in derartige Epitaxieschichten präzise beherrschbar ist. Somit kann mit einem derartigen Stapel von pn-Übergängen zuverlässig eine Stapelung von Dioden innerhalb des Halbleiterkörpers erfolgen, die mit dem Aufbringen der für die Driftzonen erforderlichen Epitaxieschichten entstehen.Next the advantages already described above with such Method produced semiconductor power devices is added that The deposition of epitaxial layers is a well-controlled process semiconductor technology, and also doping and ion implantation of impurities is precisely controlled in such epitaxial layers. Consequently can reliably stack up diodes with such a stack of pn junctions within the semiconductor body done with the application of the required for the drift zones Epitaxial layers arise.

Dabei werden in einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens als Störstellenelemente des komplementären Leitungstyps Störstellenelemente implantiert, deren Diffusionskoeffizient größer ist als der Diffusionskoeffizient der Störstellenelemente des ersten Leitungstyps zur Ausbildung von pn-Übergängen in den Leitungskompensationsbereichen. Mit einem derartigen Unterschied in den Diffusionskoeffizienten zwischen den Störstellen für die unterschiedlichen Leitungstypen ist der Vorteil verbunden, dass beim Ionenimplantieren der Störstellen ein und die selbe Maske eingesetzt werden kann, um selektiv nur an den Stellen Störstellen einzubringen, an denen pn-Übergänge entstehen sollen. Bei der anschließenden bzw. nachfolgenden Aufbringung einer Epitaxieschicht werden Temperaturen erreicht, die dafür sorgen, dass die Störstellen mit höherem Diffusionskoeffizienten tiefer eindiffundieren, als die Störstellen mit einem niedrigeren Diffusionskoeffizienten, so dass sich automatisch beim Aufbringen der nachfolgenden Epitaxieschicht eine pn-Übergangsstruktur in der vorhergehend selektiv dotierten und ionenimplantierten Epitaxieschicht einstellt.there are used in a preferred implementation of the method as impurity elements of the complementary Conductivity type impurity elements implanted, whose diffusion coefficient is greater as the diffusion coefficient of the impurity elements of the first Line type for forming pn junctions in the line compensation areas. With such a difference in the diffusion coefficient between the defects for the Different types of lines have the advantage that when Ion implantation of the impurities one and the same mask can be used to selectively only on the bodies impurities bring in, where pn transitions arise should. In the subsequent or subsequent application of an epitaxial layer become temperatures achieved that make that the impurities with higher Diffusion coefficients diffuse deeper than the impurities with a lower diffusion coefficient, so that automatically upon application of the subsequent epitaxial layer, a pn junction structure in the previously selectively doped and ion implanted epitaxial layer established.

In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens werden die Störstellenelemente des komplementären Leitungstyps mit einer höheren Eindringtiefe in eine Epitaxieschicht implantiert, als die Störstellen des ersten Leitungstyps zur Ausbildung der pn-Übergänge innerhalb der Ladungskompensationsbereiche. Eine derartig unterschiedlich tiefe Implantation der Störstellen zur Ausbildung von pn-Übergängen in Epitaxieschichten ist dann erforderlich, wenn die Diffusionskoeffizienten der beiden Dotierstoffelemente etwa die gleiche Größenordnung aufweisen. Andererseits kann es auch von Vorteil sein, eine unterschiedliche Eindringtiefe bei der Ionenimplantation vorzusehen, um sicherzustellen, dass sich entsprechende lokal, voneinander getrennte p- und n-Gebiete für eine pn-Übergangsstruktur ausbilden.In Another preferred embodiment of the method the impurity elements of the complementary Conductivity type with a higher Penetration depth implanted in an epitaxial layer, as the impurities of the first conductivity type for forming the pn junctions within the charge compensation regions. Such a different depth implantation of impurities for the formation of pn junctions in Epitaxial layers is required when the diffusion coefficient of the have two dopant elements about the same order of magnitude. on the other hand It may also be advantageous to have a different penetration depth the ion implantation to ensure that corresponding locally separated p and n regions for a pn junction structure form.

Zur Herstellung eines MOSFETs wird eine Source-Gate-Struktur in die abschließende, von vergrabenen pn-Übergängen freie Epitaxieschicht eingebracht, soweit es die Ausbildung einer Bodyzone des komplementären Leitungstyps und einer hoch dotierten Sourceanschlusszone des ersten Leitungstyps betrifft. Auf dieser abschließenden Epitaxieschicht wird für eine Source-Gate-Struktur anschließend ein Gateoxid und ein Gateanschlussmaterial als Gateelektrode aufgetragen. Mit einem derartigen Verfahren wird eine planare Source-Gate-Struktur hergestellt.to Manufacturing a MOSFET will be a source-gate structure in the final, free from buried pn junctions Epitaxial layer introduced, as far as the formation of a body zone of the complementary Conductivity type and a highly doped source terminal zone of the first Type of line concerns. On this final epitaxial layer becomes for one Then the source-gate structure a gate oxide and a gate material are applied as a gate electrode. With such a method becomes a planar source-gate structure produced.

Für eine Trenchgatestruktur ist es erforderlich, einen Graben, der die Bodyzone durchdringt herzustellen, auf dessen Wänden anschließend das Gateoxid erzeugt wird, so dass abschließend die Grabenstruktur mit dem Gateelektrodenmaterial, vorzugsweise aus Polysilizium, aufgefüllt werden kann. Das Herstellen von Trenchgateeletroden hat den Vorteil, dass die Kanalweite deutlich vergrößert werden kann, gegenüber einer planaren Gateanschlussstruktur.For a trench gate structure it is necessary to create a trench that permeates the bodyzone, on its walls subsequently the gate oxide is generated, so that finally the trench structure with the gate electrode material, preferably made of polysilicon, are filled can. The manufacture of trench gate troughs has the advantage that the channel width can be increased significantly, across from a planar gate connection structure.

Für die Herstellung eines IGBT wird anstelle eines hochdotierten Substrats gleichen Leitungstyps wie die Driftstrecke, ein Substrat von komplementärem Leitungstyp zur Ausbildung eines Emitterbereichs eingesetzt.For the production an IGBT will be the same as a heavily doped substrate Conductivity type such as the drift path, a substrate of complementary conductivity type used to form an emitter region.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterleistungsbauelements, in Form eines MOSFETs; 1 shows a schematic cross section through part of a semiconductor power device, in the form of a MOSFET;

2 bis 8 zeigen Prinzipskizzen von Herstellungsschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterleistungsbauelements, gemäß 1; 2 to 8th show schematic diagrams of Manufacturing steps of a method for producing a semiconductor power device, according to 1 ;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein hochdotiertes n+-leitendes Substrat nach Aufbringen einer ersten schwach- bis mitteldotierten Epitaxieschicht; 2 shows a schematic cross section through a highly doped n + -layer substrate after application of a first weak to medium doped epitaxial layer;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat mit Epitaxieschicht gemäß 2, nach Einbringen einer hochdotierten p+-leitenden Zone in die schwach- bis mitteldotierte n-leitende Epitaxieschicht; 3 shows a schematic cross section through the substrate with epitaxial layer according to 2 after introduction of a highly doped p + -type zone into the weakly to medium-doped n-type epitaxial layer;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat mit einer Epitaxieschicht, gemäß 3, nach Einbringen einer hochdotierten n+-leitenden Zone in die hochdotierte p+-leitende bzw. oberhalb der hochdotierten p+-leitenden Zone; 4 shows a schematic cross section through the substrate with an epitaxial layer, according to 3 after introducing a highly doped n + -type region into the highly doped p + -type or above the highly doped p + -type region;

5 zeigt eine prinzipielle Draufsicht auf eine Epitaxieschicht gemäß 4; 5 shows a schematic plan view of an epitaxial layer according to 4 ;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat 17 nach Aufbringen von x+1 Epitaxieschichten; 6 shows a schematic cross section through the substrate 17 after application of x + 1 epitaxial layers;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat gemäß 6, nach Ausdiffusion von Störstellen aus den hochdotierten n+- und p+-Bereichen der gestapelten pn-Übergangsbereiche; 7 shows a schematic cross section through the substrate according to 6 after diffusion of impurities from the highly doped n + and p + regions of the stacked pn junction regions;

8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterleistungsbauelements nach Aufbringen einer Source-Gate-Struktur auf einer Hauptoberseite des Halbleiterkörper des Halbleiterleistungsbauelements. 8th shows a schematic cross section of a semiconductor power device after applying a source-gate structure on a main top side of the semiconductor body of the semiconductor power device.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterleistungsbauelements 1, in Form eines MOSFETs 15, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleiterleistungsbauelement 1 weist auf der Rückseite 31 eines Halbleiterkörpers 3, eine Metallisierung 32 auf, die in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Drainelektrode D als zweite Elektrode 8 auf der Rückseite 9 des Halbleiterleistungsbauelements 1 bildet. Diese Metallisierung ist auf der Rückseite 9 eines n+-leitenden Substrats 17 aufgebracht, wenn wie in diesem Ausführungsbeispiel ein MOSFET hergestellt werden soll, und weist dagegen ein hochdotiertes p+-leitendes Substrat 17 auf, wenn ein IGBT-Leistungshalbleiterbauelement herzustellen ist. 1 shows a schematic cross section through part of a semiconductor power device 1 , in the form of a MOSFET 15 , according to an embodiment of the invention. The semiconductor power device 1 points to the back 31 a semiconductor body 3 , a metallization 32 in this embodiment of the invention, a drain electrode D as a second electrode 8th on the back side 9 of the semiconductor power device 1 forms. This metallization is on the back 9 an n + -type substrate 17 applied when, as in this embodiment, a MOSFET is to be produced, and on the other hand has a highly doped p + -type substrate 17 when an IGBT power semiconductor device is to be manufactured.

Im Falle des hier gezeigten MOSFET 15 sind auf dem hochdotierten n+-leitenden Substrat 17 mehrere Epitaxieschichten 18 bis x+1 angeordnet, wobei die Epitaxieschicht 18 bis x+1 aus einem n-leitenden monokristallinen Siliziummaterial gebildet sind. Generell gilt, dass eine oder mehrere Epitaxieschichten 18 bis x+1 in einer oder mehreren Epitaxieabscheidefahrten (also einzelnen Schichtabscheideprozessen) hergestellt werden können, um die gewünschte Schichtdicke zu erzeugen. Diese Teile der Schichten können sich in der Schichtdicke und/oder der Höhe der Dotierung durchaus unterscheiden. Hier sind nur die für die Bildung der vergrabenen pn-Übergänge bzw. des Body- und Zellgebiets elektrisch relevanten Schichten aufgeführt. Diese übereinander abgeschiedenen Epitaxieschichten 18 bis x+1 bilden eine Driftstrecke 4 von einer ersten Elektrode 5, die in diesem Fall eine Sourceelektrode S auf der Oberseite 7 des Halbleiterleistungsbauelements 1 ist. Diese Driftstrecke 4 ist in Driftzonen 11 unterteilt, deren Breite b im Verhältnis zur Höhe h/b ≤ 1/3 ist.In the case of the MOSFET shown here 15 are on the heavily doped n + -type substrate 17 several epitaxial layers 18 arranged to x + 1, with the epitaxial layer 18 to x + 1 are formed of an n-type monocrystalline silicon material. Generally, one or more epitaxial layers 18 to x + 1 in one or more epitaxial deposition runs (ie, individual layer deposition processes) can be made to produce the desired layer thickness. These parts of the layers may well differ in the layer thickness and / or the height of the doping. Only the layers relevant for the formation of the buried pn junctions or of the body and cell regions are listed here. These stacked epitaxial layers 18 to x + 1 form a drift path 4 from a first electrode 5 , which in this case a source electrode S on the top 7 of the semiconductor power device 1 is. This drift track 4 is in drift zones 11 whose width b is in relation to the height h / b ≤ 1/3.

Diese Driftzonen 11 werden von Ladungskompensationsbereichen 12 einer Ladungskompensationsstruktur 2 umgeben, wobei die Ladungskompensationsbereiche 12 in jeder der Epitaxieschichten 18 bis x jeweils zwei übereinander gestapelte pn-Übergänge 13 aufweisen. Die Sperrspannung über diesen pn-Übergängen 13 wird durch ihre Dotierung eingestellt, wobei die Dotierung der pn-übergangsbildenden Schichten um mindestens eine Zehnerpotenz höher liegt, als die Dotierung der umgebenden Driftzonen 11. Dabei ist die Sperrspannung dieser pn-Übergangsstruktur aus einer n+- und p+-Zone geringer, als die A valanche-Effekt auslösenden Feldspitzen in den benachbarten Driftzonen 11.These drift zones 11 become of charge compensation areas 12 a charge compensation structure 2 surrounded, wherein the charge compensation areas 12 in each of the epitaxial layers 18 to x two stacked pn junctions 13 exhibit. The blocking voltage across these pn junctions 13 is adjusted by its doping, wherein the doping of the pn junction-forming layers is at least one order of magnitude higher than the doping of the surrounding drift zones 11 , In this case, the blocking voltage of this pn junction structure of an n + and p + zone is lower than the A valanche effect triggering field peaks in the adjacent drift zones 11 ,

Die mindestens eine abschließende Epitaxieschicht x+1 weist keine Ladungskompensationsbereiche auf, sondern dient dazu, eine p-leitende Bodyzone und eine hochdotierte n+-leitende Anschlusszone für die Sourceelektrode S bereitzustellen. Auf der Hauptoberseite 26 des Halbleiterkörpers 3 ist demgemäss eine planare Source-Gate-Struktur angeordnet, wobei die planare Gatestruktur 27 ein Gateoxid 35 und entsprechende Gateelektroden G aufweist. Die allseits isolierten einzelnen Gateelektroden 34 werden zu einer gemeinsamten Gateelektrode G über entsprechende Verdrahtungsleitungen 33 auf der Oberseite 7 des Halbleiterleistungsbauelements 1 zusammengeführt. Die Vorteile eines derartigen Halbleiterleistungsbauelements 1 werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut aufgelistet.The at least one terminal epitaxial layer x + 1 has no charge compensation regions, but serves to provide a p-conducting body zone and a highly doped n + -type junction region for the source electrode S. On the main top 26 of the semiconductor body 3 Accordingly, a planar source-gate structure is arranged, wherein the planar gate structure 27 a gate oxide 35 and corresponding gate electrodes G. The isolated individual gate electrodes 34 become a common gate electrode G via respective wiring lines 33 on the top 7 of the semiconductor power device 1 merged. The advantages of such a semiconductor power device 1 will not be listed again to avoid repetition.

Anstelle der hier gezeigten planaren Gatestruktur kann die Erfindung auch bei Bauelementen verwendet werden, die eine Trench-Gatestruktur aufweisen.Instead of The planar gate structure shown here may also be the invention used in devices that have a trench gate structure exhibit.

Die 2 bis 8 zeigen Prinzipskizzen von Herstellungsschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterleistungsbauelements 1, gemäß 1. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in den 2 bis 8 nicht extra erörtert.The 2 to 8th show schematic diagrams of manufacturing steps of a method for producing a semiconductor power device 1 , according to 1 , Components with the same functions as in 1 are denoted by the same reference numerals and in the 2 to 8th not discussed separately.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein hochdotiertes n+-leitendes Substrat 17 nach Aufbringen einer ersten schwach- bis mitteldotierten n-leitenden Epitaxieschicht 18. Die Epitaxieschicht 18 hat eine Dicke h18 von 0,1 μm ≤ h18 < 20 μm, vorzugsweise von 0,3 μm < h18 < 10 μm. Eine derartige Epitaxieschicht 18 wird üblicherweise auf dem gesamten Halbleitersubstrat 17 eines Halbleiterwafers aus der Gasphase abgeschieden. 2 shows a schematic cross section through a highly doped n + -type substrate 17 after application of a first weak to medium doped n-type epitaxial layer 18 , The epitaxial layer 18 has a thickness h 18 of 0.1 μm ≤ h 18 <20 μm, preferably of 0.3 μm <h 18 <10 μm. Such an epitaxial layer 18 is usually on the entire semiconductor substrate 17 of a semiconductor wafer from the gas phase deposited.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat 17 mit Epitaxieschicht 18 gemäß 2, nach Einbringen einer hochdotierten p+-Zone mit einem komplementären Leitungstyp in die schwach- bis mitteldotierte n-leitende Epitaxieschicht 18. Die Dicke d dieser hochdotierten p+-leitenden Zone ist vorzugsweise geringer, als die Dicke h18 der Epitaxieschicht 18. Eine derartige Zone 14 kann dadurch geschaffen werden, dass selektiv Elemente der dritten Gruppe des Periodensystems in die Epitaxieschicht implantiert werden, wobei sich die endgültige Dicke d der Zone 14 beim nachfolgenden Epitaxieschritt bzw. nach Hochtemperaturschritten später im Herstellprozess voll ausgebildet. 3 shows a schematic cross section through the substrate 17 with epitaxial layer 18 according to 2 after introducing a highly doped p + zone with a complementary conductivity type into the weak to medium doped n-type epitaxial layer 18 , The thickness d of this highly doped p + -type region is preferably less than the thickness h 18 of the epitaxial layer 18 , Such a zone 14 can be created by selectively implanting elements of the third group of the Periodic Table into the epitaxial layer, with the final thickness d of the zone 14 in the subsequent Epitaxieschritt or after high temperature steps later fully formed in the manufacturing process.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat 17 mit einer Epitaxieschicht 18, nach Einbringen einer hochdotierten n+-Zone 16 in die hochdotierte bzw. oberhalb der hochdotierten p+-Zone 14, gemäß 3. Durch das Einbringen dieser Zone 16 wird nun eine npn-Schichtung unter der Oberseite 36 der Epitaxieschicht 18 erreicht. Auch diese n+-leitende Zone 16 kann durch selektives Implantieren mit oder ohne anschließendem Diffusionsschritt erreicht werden. Ist die Diffusionskonstante der Störstellen für die p+-leitende Zone 14 deutlich größer als die Diffusionskonstante der n+-leitenden Zone 16, so kann die gleiche Implantationsmaske für das Einbringen der Störstellen in die Oberseite 36 der Epitaxieschicht 18 eingesetzt werden, wobei während eines späteren Epitaxieschrittes oder während eines gesonderten Diffusionsschrittes die beiden implantierten Bereiche anschließend auf grund des unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten unterschiedliche Diffusionstiefen unter Ausbildung von zwei pn-Übergängen erreichen. 4 shows a schematic cross section through the substrate 17 with an epitaxial layer 18 after introducing a highly doped n + -zone 16 in the highly doped or above the highly doped p + zone 14 , according to 3 , By introducing this zone 16 will now have an npn layering under the top 36 the epitaxial layer 18 reached. Also this n + -type zone 16 can be achieved by selective implantation with or without subsequent diffusion step. Is the diffusion constant of the impurities for the p + -type zone 14 significantly larger than the diffusion constant of the n + -type zone 16 So, the same implantation mask for introducing the impurities in the top 36 the epitaxial layer 18 can be used, wherein during a later Epitaxieschrittes or during a separate diffusion step, the two implanted areas then achieve due to the different diffusion coefficient different diffusion depths to form two pn junctions.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Dotierstoffelelemente für die p+-leitende Zone 14 tiefer in die Epitaxieschicht 18 hinein zu implantieren und eine flachere Implantation für die Dotierstoffelemente der n+-leitenden Zone 16 vorzusehen. Auch in diesem Fall kann eine einzige Ionenimplantationsmaske verwendet werden. Durch diese Strukturierung von Ladungskompensationsbereichen 12 entstehen in den Epitaxieschichten 18 bis x jeweils ein np+-Übergang und ein p+n+-Übergang, und bilden einen Stapel aus pn-Übergängen, die eine Potentialverteilung in den Leitungskompensationsbereichen 12 schaffen, die für eine Feldverteilung in den Driftzonen 11 sorgt, die Avalanche-Durchbrüche in den Driftzonen 11 verhindert.Another possibility is to use the dopant elements for the p + -type region 14 deeper into the epitaxial layer 18 implant into it and a flatter implantation for the dopant elements of the n + -type zone 16 provided. Also in this case, a single ion implantation mask can be used. By this structuring of charge compensation areas 12 arise in the epitaxial layers 18 to x each have an np + junction and a p + n + junction, and form a stack of pn junctions that have a potential distribution in the line compensation regions 12 create that for a field distribution in the drift zones 11 ensures the avalanche breakthroughs in the drift zones 11 prevented.

5 zeigt eine prinzipielle Draufsicht auf die in 4 dargestellte Struktur. In dieser Ausführungsform der Erfindung wurde eine Honigwabenstruktur 30 gewählt, wobei jede Driftzone 11 von drei Ladungskompensationszonen 12 umgeben ist, sodass sich eine optimale Flächennutzung der Oberfläche 36 der ersten Epitaxieschicht 18 für die Driftzonen 11 ergibt. Dabei ist in den Ladungskompensationsbereichen 12 eine hochdotierte n+-leitende Fläche von einer p+-leitenden Fläche umgeben, so dass unterhalb der Zeichenebene zwei pn-Übergänge 13a und 13b in der Epitaxieschicht 18 vorhanden sind. Anstelle der hier gezeigten Honigwabenstruktur 30 kann auch die flächige Erstreckung der Ladungskompensationsbereiche 12 im Wechsel mit den Driftzonen 12 eine Streifen-, Gitter- oder Schachbrettmusterstruktur aufweisen. 5 shows a schematic plan view of the in 4 illustrated structure. In this embodiment of the invention has been a honeycomb structure 30 chosen, with each drift zone 11 of three charge compensation zones 12 is surrounded, so that an optimal land use of the surface 36 the first epitaxial layer 18 for the drift zones 11 results. It is in the charge compensation areas 12 a highly doped n + -type surface surrounded by a p + -type surface, so that below the plane of the drawing two pn-junctions 13a and 13b in the epitaxial layer 18 available. Instead of the honeycomb structure shown here 30 can also be the areal extent of the charge compensation areas 12 in alternation with the drift zones 12 have a strip, grid or checkerboard pattern structure.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat 17 nach Aufbringen von x+1 Epitaxieschichten mit entsprechenden Ladungskompensationsbereichen 12 und mit gestapelten pn-Übergängen 13. Je nach Diffusionseigenschaften der entsprechenden Störstellen für die hochdotierten n+- und p+-leitenden Zonen der pn-Übergänge kann sich diese Struktur auch in die jeweils über der ersten Epitaxieschicht 18 aufwachsende nächste Epitaxieschicht 19 hineindiffundieren, was in der nächsten Figur gezeigt wird. 6 shows a schematic cross section through the substrate 17 after application of x + 1 epitaxial layers with corresponding charge compensation regions 12 and with stacked pn junctions 13 , Depending on the diffusion characteristics of the respective impurity of the highly doped n + - and p + -type regions of the pn junctions, this structure can also in each over the first epitaxial layer 18 growing next epitaxial layer 19 diffuse into, which is shown in the next figure.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Substrat 17 gemäß 6, nach Ausdiffusion von Störstellen der n+- bzw. p+-Zonen der gestapelten pn-Übergänge 13. Dabei bleibt die Dicke d jeder der pn-Übergangsstrukturen 10 vorzugsweise unter der Dicke h der einzelnen Epitaxieschichten. Die oberste mindestens eine Epitaxieschicht x+1 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung nicht für das Ausbilden von vergrabenen pn-Übergängen vorgesehen, sondern es werden in diese abschließende Epitaxieschicht x+1 eine p-leitende Bodyzone 6 wie in 8 gezeigt mit komplementär leitendem Material in Bezug auf den Leitungstyp der Driftstrecke und mit n+-leitenden Zonen innerhalb der p+-leitenden Bodyzone für entsprechende Sourceanschlusszonen 29 eingebracht, die ebenfalls in der nachfolgenden 8 dargestellt sind. Dieses Einbringen dieser Zonen in die oberste Epitaxieschicht x+1 kann ebenfalls durch Ionenimplantation mit anschließender Diffusion erfolgen. 7 shows a schematic cross section through the substrate 17 according to 6 , after out-diffusion of impurities of the n + - and p + -zones of the stacked pn-junctions 13 , At this time, the thickness d of each of the pn junction structures remains 10 preferably under the thickness h of the individual epitaxial layers. The uppermost at least one epitaxial layer x + 1 is not provided for the formation of buried pn junctions in this embodiment of the invention, but a p-conducting body zone is formed in this final epitaxial layer x + 1 6 as in 8th shown with complementary conductive material in relation to the conductivity type of the drift path and with n + -type regions within the p + -type body zone for corresponding source connection zones 29 introduced, which also in the following 8th are shown. This introduction of these zones into the uppermost epitaxial layer x + 1 can likewise be effected by ion implantation with subsequent diffusion.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterleistungsbauelements 1 nach Aufbringen einer Source-Gate-Struktur 28 auf einer Hauptoberseite 20 des Halbleiterkörper 3. Der Halbleiterkörper 3 setzt sich aus dem Substrat 17 und den Epitaxieschichten der Dicke he, wie sie in 6 ge zeigt werden, zusammen. Auf der Hauptoberseite 20 des Halbleiterkörpers 3 wird für die planare Gatesstruktur 27 eine strukturierte Gateoxidschicht 35 durch thermische Oxidation des Siliziums hergestellt, und auf diese submikrometerdicke Gateoxidschicht 35 werden Gateelektroden G aus hochdotiertem, polykristallinem Silizium abgeschieden, sodass durch eine weitere Oxidation diese Gateelektroden G von der Sourceelektrode S isoliert werden können. 8th shows a schematic cross section of a semiconductor power device 1 to Applying a source-gate structure 28 on a main top 20 of the semiconductor body 3 , The semiconductor body 3 sits down from the substrate 17 and the epitaxial layers of thickness h e , as in 6 ge be together. On the main top 20 of the semiconductor body 3 becomes for the planar gate structure 27 a structured gate oxide layer 35 produced by thermal oxidation of the silicon, and on this submicrometer thick gate oxide layer 35 Gate electrodes G are deposited from highly doped polycrystalline silicon, so that these gate electrodes G can be isolated from the source electrode S by further oxidation.

11
HalbleiterleistungsbauelementSemiconductor power device
22
LadungskompensationsstrukturCharge compensation structure
33
HalbleiterkörperSemiconductor body
44
Driftstreckedrift
55
erste Elektrodefirst electrode
66
p-leitende BodyzoneP-type Body zone
77
Oberseite des Halbleiterleistungsbauelementstop of the semiconductor power device
88th
zweite Elektrodesecond electrode
99
Rückseite des Halbleiterleistungsbauelementsback of the semiconductor power device
1010
pn-Übergangsstrukturpn junction structure
1111
Driftzonedrift region
1212
LeistungskompensationsbereichPower factor correction area
13a, 13b13a, 13b
pn-Übergangpn junction
1414
hochdotierter p+-leitende Zonehighly doped p + -type zone
1515
MOS-FeldeffektleistungstransistorMOS field-effect power transistor
1616
hochleitender n+-leitende Zonehighly conductive n + -type zone
1717
Substratsubstratum
18 bis 2518 to 25
Epitaxieschichtenepitaxial layers
2626
Hauptoberseite des HalbleiterkörpersMain top of the semiconductor body
2727
planare Gatestrukturplanar gate structure
2828
Source-Gate-StrukturSource-gate structure
2929
SourceanschlusszoneSource terminal zone
3030
HonigwabenstrukturHoneycomb structure
3131
Rückseite des Halbleiterkörpersback of the semiconductor body
3232
Metallisierungmetallization
3333
Verdrahtungsleitungenwiring lines
3434
einzelne Gateelektrodeseparate gate electrode
3535
Gateoxidgate oxide
3636
Oberseite der n-Epitaxieschichttop the n-epitaxial layer
bb
Breite einer Driftzonewidth a drift zone
ff
flächige Erstreckungextensive extension
hH
vertikale Dicke einer Driftzonevertical Thickness of a drift zone
he h e
Dicke der Summe der Epitaxieschichtenthickness the sum of the epitaxial layers
h13 bis hx+1 h 13 to h x + 1
Dicke der unterschiedlichen Epitaxieschichtenthickness of different epitaxial layers
xx
abschließende Epitaxieschichtfinal epitaxial layer
x+1x + 1
abschließende Epitaxieschichtfinal epitaxial layer
DD
Drainelektrodedrain
GG
Gateelektrodegate electrode
SS
Sourceelektrodesource electrode

Claims (36)

Halbleiterleistungsbauelement mit Ladungskompensationsstruktur (2), wobei das Halbleiterleistungsbauelement (1) einen Halbleiterkörper (3) mit einer vertikalen schwach bis mitteldotierten Driftstrecke (4) zwischen einer ersten Elektrode (5) auf der Oberseite des Halbleiterleistungsbauelementes (1) und einer zweiten Elektrode (8) auf der Rückseite des Halbleiterleistungsbauelements (1) aufweist, wobei die Driftstrecke (4) vertikal ausgerichtete Driftzonen (11), die von vertikal ausgerichteten Ladungskompensationsbereichen (12) umgeben sind, aufweist und wobei die Ladungskompensationsbereiche (12) eine Anzahl vertikal gestapelter pn-Übergänge (13) mit hochdotierten p+- und n+-Bereichen (14, 16) aufweist, wobei die Summe der Durchbruchspannungen der gestapelten pn-Übergänge (13) der Ladungskompensationsbereiche (12) kleiner ist als die Durchbruchspannung der Driftzonen (11).Semiconductor power device with charge compensation structure ( 2 ), wherein the semiconductor power device ( 1 ) a semiconductor body ( 3 ) with a vertical weak to medium doped drift path ( 4 ) between a first electrode ( 5 ) on top of the semiconductor power device ( 1 ) and a second electrode ( 8th ) on the backside of the semiconductor power device ( 1 ), wherein the drift path ( 4 ) vertically oriented drift zones ( 11 ) of vertically aligned charge compensation regions ( 12 ) and wherein the charge compensation regions ( 12 ) a number of vertically stacked pn junctions ( 13 ) with highly doped p + and n + regions ( 14 . 16 ), wherein the sum of the breakdown voltages of the stacked pn junctions ( 13 ) of the charge compensation regions ( 12 ) is less than the breakdown voltage of the drift zones ( 11 ). Halbleiterleistungsbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (3) ein homogenes monokristallines Halbleitermaterial, insbesondere Silizium (Si) aufweist.Semiconductor power device according to claim 1, characterized in that the semiconductor material of the semiconductor body ( 3 ) has a homogeneous monocrystalline semiconductor material, in particular silicon (Si). Halbleiterleistungsbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge (13) der Ladungskompensationsbereiche (12) die Feldverteilung im Leistungshalbleiterleistungsbauelement (1) entlang der Driftzonen (11) definieren.Semiconductor power device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the pn junctions ( 13 ) of the charge compensation regions ( 12 ) the field distribution in the power semiconductor power device ( 1 ) along the drift zones ( 11 ) define. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge (13) der Ladungskompensationsbereiche (12) die Feldverteilung der umgebenden Driftzonen (11) derart beeinflussen, dass die Driftzonen (11) eine gegenüber Driftstrecken ohne benachbarte Ladungskompensationsbereiche (12) um mindestens den Faktor 3 erhöhte Dotierstoffkonzentration bei unveränderter Sperrspannungsfestigkeit aufweisen.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the pn junctions ( 13 ) of the charge compensation regions ( 12 ) the field distribution of the surrounding drift zones ( 11 ) such that the drift zones ( 11 ) one versus drift paths without adjacent charge compensation regions ( 12 ) have at least a factor of 3 increased dopant concentration with unchanged blocking voltage resistance. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge (13) der Ladungskompensationsbereiche (12) in ihrer flächigen Erstreckung in dem Halbleiterkörper (3) eine Streifen-, Gitter-, Schachbrett- oder Honigwabenstruktur (30) aufweisen.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the pn junctions ( 13 ) of the charge compensation regions ( 12 ) in their planar extent in the semiconductor body ( 3 ) a strip, grid, checkerboard or honeycomb structure ( 30 ) exhibit. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten pn-Übergänge (13) Halbleitermaterialien eines gleichen (n) und eines komplementären (p) Leitungstyps zum Leitungstyp (n) der Driftzonen (11) mit einer Ladungsträgerkonzentration aufweisen, die um mindestens eine Zehnerpotenz höher ist, als die Ladungsträgerkonzentration in den umgebenden Driftzonen (11).Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the stacked pn junctions ( 13 ) Semiconductor materials of a same (n) and a complementary (p) conductivity type to the conductivity type (s) of the drift zones ( 11 ) having a carrier concentration by at least one power of ten is higher than the charge carrier concentration in the surrounding drift zones ( 11 ). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchbruchspannungen der einzelnen pn- Übergänge (13) größer ist, als die zulässige Sperrspannung des Halbleiterleistungsbauelements (1).Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the sum of the breakdown voltages of the individual pn junctions ( 13 ) is greater than the permissible reverse voltage of the semiconductor power device ( 1 ). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne pn-Übergangsstruktur (10) des Stapels aus pn-Übergängen (13) eine Dicke d zwischen 0,1 μm ≤ d ≤ 20 μm, vorzugsweise zwischen 0,3 μm ≤ d ≤ 10 μm, aufweist.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that a single pn junction structure ( 10 ) of the stack of pn junctions ( 13 ) has a thickness d between 0.1 μm ≤ d ≤ 20 μm, preferably between 0.3 μm ≤ d ≤ 10 μm. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzonen (11) eine Dotierstoffkonzentration N zwischen 2 × 1015 cm–3 ≤ N ≤ 1018 cm–3, vorzugsweise zwischen 1 × 1016 cm–3 ≤ N ≤ 2 × 1017 cm–3, aufweisen.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the drift zones ( 11 ) have a dopant concentration N between 2 × 10 15 cm -3 ≦ N ≦ 10 18 cm -3 , preferably between 1 × 10 16 cm -3 ≦ N ≦ 2 × 10 17 cm -3 . Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung einer Driftzone (11) von einem Ladungskompensationsbereich (12) zu einem nächsten Ladungskompensationsbereich (12) nicht mehr als etwa 1/3 der Ausdehnung der Driftzone in Stromflussrichtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (5, 8) beträgt.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the extent of a drift zone ( 11 ) of a charge compensation region ( 12 ) to a next charge compensation area ( 12 ) no more than about 1/3 of the extent of the drift zone in the current flow direction between the first and the second electrode ( 5 . 8th ) is. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsbauelement (1) ein MOSFET (15) oder ein JFET oder ein IGFET oder eine PIN-Diode oder eine Schottky-Diode oder ein Bipolartransistor ist.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor power component ( 1 ) a MOSFET ( 15 ) or a JFET or an IGFET or a PIN diode or a Schottky diode or a bipolar transistor. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsbauelement (1) ein vertikaler MOSFET (15) ist und die Driftzonen (11) auf einem hochdotierten Substrat (17) mit gleichem Leitungstyp wie die Driftzonen (11) angeordnet sind.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor power component ( 1 ) a vertical MOSFET ( 15 ) and the drift zones ( 11 ) on a heavily doped substrate ( 17 ) with the same conductivity type as the drift zones ( 11 ) are arranged. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur aus pn-Übergängen (13) ungefähr bis an das hochdotierte Substrat (19) heranreicht.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the structure consists of pn junctions ( 13 ) up to the heavily doped substrate ( 19 ). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftzonen (11) im Bereich der zu einer Hauptoberfläche (26) des Halbleiterkörpers (3) gegenüberliegenden zweiten Elektrode (8) an ein hochdotiertes Gebiet angrenzen und mit der zweiten Elektrode (8) als eine Drainelektrode (D) elektrisch in Verbindung stehen.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the drift zones ( 11 ) in the region of the main surface ( 26 ) of the semiconductor body ( 3 ) opposite second electrode ( 8th ) to a highly doped region and with the second electrode ( 8th ) as a drain electrode (D) are electrically connected. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (5) als Sourceelektrode (S) auf Sourcepotenzial liegt.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrode ( 5 ) is at source potential as the source electrode (S). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus pn-Übergängen (13) im Bereich der Haupt oberfläche (26) des Halbleiterkörpers (3) mit einer zusätzlichen Elektrode versehen ist.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the stack of pn junctions ( 13 ) in the area of the main surface ( 26 ) of the semiconductor body ( 3 ) is provided with an additional electrode. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus pn-Übergängen (13) mit der Sourceelektrode (S) elektrisch in Wirkverbindung steht.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the stack of pn junctions ( 13 ) is electrically connected to the source electrode (S). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus pn-Übergängen (13) mit der Gateelektrode (G) elektrisch in Wirkverbindung steht.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the stack of pn junctions ( 13 ) is electrically connected to the gate electrode (G). Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsbauelement (1) eine planare Gatestruktur (27) mit einer Gateelektrode (G) und einem Gateoxid (35) aufweist.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor power component ( 1 ) a planar gate structure ( 27 ) with a gate electrode (G) and a gate oxide ( 35 ) having. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsbauelement (1) eine Trenchgatestruktur aufweist.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor power component ( 1 ) has a trench gate structure. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenchgateelektrode eine Bodyzone (6) durchdringt.Semiconductor power component according to one of the preceding claims, characterized in that the trench gate electrode is a body zone ( 6 ) penetrates. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b einer Driftzone (11) zwischen den gestapelten pn-Übergängen (13) im Bereich von 1 μm ≤ b ≤ 30 μm, vorzugsweise 2 μm ≤ b ≤ 10 μm, liegt.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the width b of a drift zone ( 11 ) between the stacked pn junctions ( 13 ) in the range of 1 μm ≤ b ≤ 30 μm, preferably 2 μm ≤ b ≤ 10 μm. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge 1 einer Driftzone (11) in vertikaler Richtung in Silizium für eine Durchbruchspannung von etwa 600 V zwischen ungefähr 30 μm ≤ 1 ≤ 90 μm liegt.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the length l of a drift zone ( 11 ) in the vertical direction in silicon for a breakdown voltage of about 600 V between about 30 microns ≤ 1 ≤ 90 microns. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge als pnn+-Strukturen ausgeführt sind.Semiconductor power device according to one of the preceding claims, characterized in that the pn junctions as pn - n + -Struktu are executed ren. Halbleiterleistungsbauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur vertikalen Dimensionierung von pnn-Strukturen zwischen zwei vertikal aufeinanderfolgenden p-Gebieten weniger oder mehr als die Durchbruchsladung als integrale Donatordotierung vorgesehen ist.Semiconductor power device according to claim 24, characterized in that less than or more than the breakdown charge is provided as an integral donor doping for the vertical dimensioning of pn - n - structures between two vertically successive p-regions. Halbleiterleistungsbauelement nach Anspruch 24 oder Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen zwei p-Gebieten liegende n-Dotierung und die Höhe der n+-Dotierung bzw. deren Dicke derart gesteuert werden, dass die in der Driftzone integral vor handene Donatorladung, deren Kompensationsladung durch die p-Gebiete gebildet wird, mit berücksichtigt sind.Semiconductor power device according to claim 24 or claim 25, characterized in that the n - doping lying between two p regions and the height of the n + doping or the thickness thereof are controlled such that the donor charge integral in the drift zone, the Compensation charge is formed by the p-areas are taken into account. Halbleiterleistungsbauelement nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die integrale Donatordotierung die Durchbruchsladung übersteigt, der Durchbruch über den Avalanche- oder den Tunneleffekt, je nach Höhe der Dotierungen, erfolgt und wenn die integrale Donatordotierung unterhalb der Durchbruchsladung bleibt, das elektrische Feld bis zum nächsten p-Gebiet durchgreift, das vom Feld nicht vollständig ausgeräumt ist, sodass die Spannungsaufnahme zwischen zwei p-Gebieten begrenzt ist.Semiconductor power device according to one of claims 24 to 26, characterized in that when the integral donor doping exceeds breakthrough charge, the breakthrough over the avalanche or tunneling effect, depending on the level of doping and when the integral donor dopant is below the breakdown charge remains, the electric field penetrates to the next p-area, that from the field is not complete cleared is such that the voltage is limited between two p-regions is. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterleistungsbauelementes (1) mit Ladungskompensationsstruktur (2), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Herstellen eines hochdotierten Halbleiterwafers eines ersten Leitungstyps; b) Aufbringen einer ersten schwachdotierten bis mitteldotierten Epitaxieschicht (18) des ersten Leitungstyps als ersten Schritt zur Ausbildung einer Driftstrecke (4); c) selektives Implantieren von substitutionellen Störstellen des komplementären Leitungstyps zum Leitungstyp der umgebenden Epitaxieschicht (18) in Leitungskompensationsbereichen (12) zur Erzeugung hoch- und komplementärdotierter Zonen (14) in den Leitungskompensationsbereichen (12); d) selektives Implantieren von substitutionellen Störstellen des ersten Leitungstyps in Leitungskompensationsbereichen (12) zur Erzeugung hochdotierter pn-Übergänge (13) in den hoch- und komplementärdotierter Zonen (14) der Leitungskompensationsbereiche (12); e) Aufbringen einer weiteren schwach- bis mitteldotierten Epitaxieschicht (19) des ersten Leitungstyps als weiteren Schritt zur Ausbildung einer Driftstrecke (4) unter Diffusion der implantierten substitutionellen Störstellen und Wiederholen der Implantationsschritte c) und d); f) mehrfaches Wiederholen des Schrittes e) bis eine für eine vorgesehene Sperrspannung ausreichend Dicke der Driftzone (11) unter gleichzeitiger Ausbildung von hochdotierten pn-Übergängen (13) in Ladungskompensationsbereichen (12) an den Grenzen der Epitaxieschichten (18 bis 25) erreicht ist; g) Aufbringen mindestens einer abschließenden Epitaxieschicht (x+1).Method for producing a semiconductor power component ( 1 ) with charge compensation structure ( 2 ), the method comprising the following steps: a) producing a highly doped semiconductor wafer of a first conductivity type; b) applying a first lightly doped to medium doped epitaxial layer ( 18 ) of the first conductivity type as the first step to form a drift path ( 4 ); c) selective implantation of substitutional impurities of the complementary conductivity type to the conductivity type of the surrounding epitaxial layer ( 18 ) in line compensation areas ( 12 ) for creating highly doped and complementary doped zones ( 14 ) in the line compensation areas ( 12 ); d) selectively implanting substitutional impurities of the first conductivity type in conduction compensation regions ( 12 ) for generating highly doped pn junctions ( 13 ) in the highly and complementarily doped zones ( 14 ) of the line compensation areas ( 12 ); e) application of a further weakly to medium doped epitaxial layer ( 19 ) of the first conductivity type as a further step for forming a drift path ( 4 ) with diffusion of the implanted substitutional impurities and repeating the implantation steps c) and d); f) repeated repetition of step e) until a thickness of the drift zone ( 11 ) with simultaneous formation of highly doped pn junctions ( 13 ) in charge compensation areas ( 12 ) at the boundaries of the epitaxial layers ( 18 to 25 ) is reached; g) applying at least one final epitaxial layer (x + 1). Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Epitaxieschichten (18 bis x+1) in einer oder mehreren einzelnen Schichtabscheideprozessen hergestellt werden, um die gewünschte Schichtdicke zu erzeugen, wobei sich die einzelnen Schichten in der Schichtdicke und/oder der Höhe der Dotierung unterscheiden oder identisch sind.Method according to claim 28, characterized in that one or more of the epitaxial layers ( 18 to x + 1) in one or more individual layer deposition processes to produce the desired layer thickness, wherein the individual layers differ or are identical in layer thickness and / or level of doping. Verfahren nach Anspruch 28 oder Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Störstellenelemente des komplementären Leitungstyps Störstellenelemente implantiert werden, deren Diffusionskoeffizient größer ist, als der Diffusionskoeffizient der Störstellenelemente des Leitungstyps zur Ausbildung der pn-Übergänge (13) in den Leitungskompensationsbereichen (12).A method according to claim 28 or claim 29, characterized in that as impurity elements of the complementary conductivity type impurity elements are implanted whose diffusion coefficient is greater than the diffusion coefficient of the impurity elements of the conductivity type to form the pn junctions ( 13 ) in the line compensation areas ( 12 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Störstellenelemente des komplementären Leitungstyps mit einer höheren Eindringtiefe in eine Epitaxieschicht (18 bis 25) implantiert werden, als die Störstellenelemente (13) des Leitungstyps zur Ausbildung der pn-Übergänge in den Leitungskompensationsbereichen (12).Method according to one of claims 28 to 30, characterized in that the impurity elements of the complementary conductivity type with a higher penetration depth into an epitaxial layer ( 18 to 25 ) are implanted as the impurity elements ( 13 ) of the conductivity type for forming the pn junctions in the line compensation regions ( 12 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines MOSFETs (15) einer Source-Gate-Struktur (28) in die abschließenden Epitaxieschichten (x+1) eingebracht wird, soweit es die Ausbildung einer Bodyzone (6) des komplementären Leitungstyps und einer hochdotierten Sourceanschlusszone (29) des ersten Leitungstyps betrifft und auf der abschließenden Epitaxieschicht, soweit es die Ausbildung eines Gateoxids (35) und eines Gateanschlusses betrifft.Method according to one of claims 28 to 31, characterized in that for the production of a MOSFET ( 15 ) a source-gate structure ( 28 ) is introduced into the final epitaxial layers (x + 1) as far as the formation of a body zone ( 6 ) of the complementary conductivity type and a highly doped source connection zone ( 29 ) of the first conductivity type and on the final epitaxial layer, as far as the formation of a gate oxide ( 35 ) and a gate connection. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines IGBTs anstelle eines hochdotierten Substrats (17) gleichen Leitungstyps wie die Driftstrecke (4) ein Substrat (17) komplementären Leitungstyps zur Ausbildung eines Emitterbereichs eingesetzt wird.Method according to one of claims 28 to 32, characterized in that for producing an IGBT instead of a heavily doped substrate ( 17 ) of the same conductivity type as the drift path ( 4 ) a substrate ( 17 ) of complementary conductivity type is used to form an emitter region. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31 oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines IGBT's eine Emitterstruktur mit isoliertem Gate in die abschließende Epitaxieschicht (x+1) eingebracht wird.A method according to any one of claims 28 to 31 or claim 33, characterized in that for producing an IGBT's an emitter structure with insulated gate into the final epitaxial layer (x + 1) is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer pnn-Diode in die abschließende Epitaxieschicht (x+1) eine hochdotierte Anodenanschlusszone des ersten Leitungstyps eingebracht wird.Method according to one of claims 28 to 31, or claim 33, characterized in that for producing a pn - n diode in the ab closing epitaxial layer (x + 1) a heavily doped anode junction zone of the first conductivity type is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen einer hochdotierten Zone und/oder zum Einbringen einer Bodyzone (6) in die abschließenden Epitaxieschichten (x+1) zunächst mit einer selektiven Implantation Störstellenelemente implantiert und anschließend die Störstellenelemente auf Substitutionsgitterplätzen mittels eines Diffusionsschrittes diffundiert werden.Method according to one of claims 28 to 35, characterized in that for introducing a highly doped zone and / or for introducing a body zone ( 6 ) implanted in the final epitaxial layers (x + 1) first with a selective implantation impurity elements and then the impurity elements are diffused on substitution grid sites by means of a diffusion step.
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