Búsqueda Imágenes Maps Play YouTube Noticias Gmail Drive Más »
Iniciar sesión
Usuarios de lectores de pantalla: deben hacer clic en este enlace para utilizar el modo de accesibilidad. Este modo tiene las mismas funciones esenciales pero funciona mejor con el lector.

Patentes

  1. Búsqueda avanzada de patentes
Número de publicaciónDE102006009942 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudDE200610009942
Fecha de publicación6 Sep 2007
Fecha de presentación3 Mar 2006
Fecha de prioridad3 Mar 2006
También publicado comoDE102006009942B4
Número de publicación0610009942, 200610009942, DE 102006009942 A1, DE 102006009942A1, DE 2006/10009942 A1, DE-A1-102006009942, DE0610009942, DE102006009942 A1, DE102006009942A1, DE2006/10009942A1, DE200610009942
InventoresFranz Dr. Hirler, Anton Dr. Mauder, Frank Dr. Pfirsch, Hans-Joachim Dr. Schulze, Stefan Dr. Sedlmaier, Armin Willmeroth
SolicitanteInfineon Technologies Austria Ag
Exportar citaBiBTeX, EndNote, RefMan
Enlaces externos: DPMA, Espacenet
Semiconductor component e.g. power transistor, has drift zone, and drift control zone made of semiconductor material and arranged adjacent to drift zone in body, where accumulation dielectric is arranged between zones
DE 102006009942 A1
Resumen
Component has a semiconductor body and a drift zone (2) having a conductivity type in the body. A drift control zone (3) is made of a semiconductor material and is arranged adjacent to the drift zone in the body. An accumulation dielectric is arranged between the zones. The control zone has a semiconductor section that is doped in such a manner that the section is smoothed in a direction perpendicular to the dielectric. An independent claim is also included for: a power transistor comprising a drift zone and a drift control zone.
Reclamaciones(37)  traducido del alemán
  1. Halbleiterbauelement, das aufweist: – einen Halbleiterkörper ( A semiconductor device, comprising: - a semiconductor body ( 100 100 ) mit einer ersten lateralen Richtung (x), – eine erste Bauelementzone ( ) With a first lateral direction (x), - a first device region ( 12 12 ; ; 71 71 ) und eine zweite Bauelementzone ( ) And a second device region ( 14 14 ), die in der ersten lateralen Richtung (x) des Halbleiterkörpers ( ) Which in the first lateral direction (x) of the semiconductor body ( 100 100 ) beabstandet zu der ersten Bauelementzone ( ) Spaced apart from the first device region ( 12 12 ) angeordnet ist, – wenigstens eine Driftzone ( Is located), - at least a drift region ( 11 11 ), die zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone ( ) Interposed between the first and second device region ( 12 12 , . 14 14 ) angeordnet ist – eine Driftsteuerzone ( ) Is arranged - a drift control region ( 41 41 ) aus einem Halbleitermaterial, die benachbart zu der wenigstens einen Driftzone ( ) Made of a semiconductor material, adjacent to the at least one drift region ( 11 11 ) in dem Halbleiterkörper ( ) In the semiconductor body ( 104 104 ) angeordnet ist und die an die zweite Bauelementzone ( Is disposed) and to the second device region ( 14 14 ) gekoppelt ist, – ein Akkumulationsdielektrikum ( ) Is coupled, - an accumulation dielectric ( 51 51 ), das zwischen der wenigstens einen Driftzone ( ) Interposed between the at least one drift region ( 11 11 ) und der wenigstens einen Driftsteuerzone ( ) And the at least one drift control region ( 41 41 ) angeordnet ist, – wobei ein Quotient aus einer Netto-Dotierstoffladung der Driftsteuerzone ( ) Is disposed, - wherein a ratio of a net dopant charge of the drift control zone ( 41 41 ) in einem sich an das Akkumulationsdielektrikum ( ) In a to the accumulation ( 51 51 ) angrenzenden Bereich und aus der Fläche des zwischen der Driftsteuerzone ( ) Adjacent to area and from the surface of the between the drift control region ( 41 41 ) und der Driftzone ( ) And the drift region ( 11 11 ) angeordneten Akkumulationsdielektrikums ( ) Arranged Akkumulationsdielektrikums ( 51 51 ) kleiner ist als die Durchbruchsladung des Halbleitermaterials der Driftsteuerzone ( ) Is smaller than the breakdown charge of the semiconductor material of the drift control zone ( 41 41 ). ).
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper ( A semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor body ( 100 100 ) eine senkrecht zu der ersten lateralen Richtung (x) verlaufende zweite laterale Richtung (y) aufweist und bei dem die wenigstens eine Driftsteuerzone ( ) A perpendicular to the first lateral direction (x) extending second lateral direction (y), and wherein the at least one drift control region ( 41 41 ) wenigstens abschnittsweise in der zweiten lateralen Richtung (y) getrennt durch das Akkumulationsdielektrikum ( ) At least partially in the second lateral direction (y) separated by the accumulation ( 51 51 ) benachbart zu der Driftzone ( ) Adjacent the drift region ( 11 11 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, das mehrere in der zweiten lateralen Richtung (y) beabstandet zueinander angeordnete Driftzonen ( A semiconductor device according to claim 2, the multiple in the second lateral direction (y) spaced-apart drift zones ( 11 11 ) und mehrere in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnete Driftsteuerzonen ( ) And several in the second lateral direction spaced-apart drift control zones ( 41 41 ) aufweist. ) Has.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper ( A semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor body ( 100 100 ) eine vertikale Richtung (v) aufweist und bei dem die wenigstens eine Driftsteuerzone ( ) Has a vertical direction (V) and wherein the at least one drift control region ( 41 41 ) wenigstens abschnittsweise in der vertikalen Richtung (v) benachbart zu der Driftzone ( ) At least partially in the vertical direction (v) adjacent to the drift region ( 11 11 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, das mehrere in der vertikalen Richtung (v) beabstandet zueinander angeordnete Driftzonen ( A semiconductor device according to claim 4, the plurality of spaced apart in the vertical direction (v) each arranged drift regions ( 11 11 ) und mehrere in der vertikalen Richtung (v) beabstandet zueinander angeordnete Driftsteuerzonen ( ) And several in the vertical direction (v) spaced-apart drift control zones ( 41 41 ) aufweist. ) Has.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor body ( 100 100 ) ein Halbleitersubstrat ( ) A semiconductor substrate ( 103 103 ) und eine auf dem Halbleitersubstrat ( ) And one on the semiconductor substrate ( 103 103 ) angeordnete Halbleiterschicht ( ) Arranged semiconductor layer ( 104 104 ) aufweist, wobei die wenigstens eine Driftzone ( ), Wherein the at least one drift region ( 11 11 ) und die wenigstens eine Driftsteuerzone ( ) And the at least one drift control region ( 41 41 ) in der Halbleiterschicht ( ) In the semiconductor layer ( 104 104 ) angeordnet sind. Are arranged).
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die Driftzone ( A semiconductor device according to claim 6, wherein the drift region ( 11 11 ) an das Halbleitersubstrat ( ) To the semiconductor substrate ( 103 103 ) angrenzt und bei dem eine Isolationsschicht ( ) Is adjacent and in which an insulating layer ( 52 52 ) zwischen der Driftsteuerzone ( ) Between the drift control region ( 41 41 ) und dem Halbleitersubstrat ( ) And the semiconductor substrate ( 103 103 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem eine Isolationsschicht ( A semiconductor device according to claim 6, wherein an insulation layer ( 105 105 ) zwischen dem Halbleitersubstrat ( ) Between the semiconductor substrate ( 103 103 ) und der Driftzone ( ) And the drift region ( 11 11 ) und der Driftsteuerzone ( ) And the drift control region ( 41 41 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, bei dem das Halbleitersubstrat ( A semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor substrate ( 103 103 ) eine Grunddotierung eines Leitungstyps aufweist und bei dem das Halbleitersubstrat ( ) Has a basic doping of one conductivity type and in which the semiconductor substrate ( 103 103 ) anschließend an die Isolationsschicht ( ) Subsequent to the insulating layer ( 105 105 ) wenigstens eine Halbleiterzone ( ) At least one semiconductor region ( 18A 18A - - 18D 18D ; ; 19 19 ) aufweist, die von einem zum Leitungstyp der Grunddotierung komplementären Leitungstyp ist. ), Which is from one to the conductivity type of the base doping complementary conductivity type.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, bei dem das Halbleitersubstrat ( A semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor substrate ( 103 103 ) eine Grunddotierung eines Leitungstyps aufweist und bei dem das Halbleitersubstrat ( ) Has a basic doping of one conductivity type and in which the semiconductor substrate ( 103 103 ) wenigstens eine Halbleiterzone ( ) At least one semiconductor region ( 18A 18A - - 18D 18D ; ; 19 19 ) aufweist, die von einem zum Leitungstyp der Grunddotierung komplementären Leitungstyp ist. ), Which is from one to the conductivity type of the base doping complementary conductivity type.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die komplementär zu der Grunddotierung dotierte Halbleiterzone ( A semiconductor device according to claim 9 or 10, wherein the basic doping complementary to the doped semiconductor region ( 18A 18A - - 18D 18D ; ; 19 19 ) über eine Verbindungszone ( ) Via a connection zone ( 17 17 ) an die erste Bauelementzone ( ) To the first device region ( 12 12 ) angeschlossen ist. ) Is connected.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, das mehrere komplementär zu der Grunddotierung des Halbleitersubstrats dotierte Halbleiterzonen (( A semiconductor device according to claim 11, comprising a plurality of complementary to the basic doping of the semiconductor substrate doped semiconductor zones (( 18A 18A - - 18D 18D ) aufweist, die in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind und von denen eine an die Verbindungszone ( ), Which are arranged in the first lateral direction and spaced each other of which one of the connection zone ( 17 17 ) angeschlossen ist. ) Is connected.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem eine Dotierungsdosis der komplementär zu der Grunddotierung des Halbleitersubstrats ( A semiconductor device according to claim 11, wherein a doping dose of the complementary to the basic doping of the semiconductor substrate ( 103 103 ) dotierten Halbleiterzone ( ) Doped semiconductor region ( 19 19 ) in der ersten lateralen Richtung (x) abnimmt. ) In the first lateral direction (x) decreases.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the drift control region ( 41 41 ) über ein Gleichrichterelement ( ) Via a rectifier element ( 61 61 ) an die zweite Bauelementzone ( ) To the second device region ( 14 14 ) gekoppelt ist. ) Is coupled.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem das Gleichrichterelement ( A semiconductor device according to claim 14, wherein the rectifier element ( 61 61 ) eine Diode ist. ) Is a diode.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem die Diode durch einen pn-Übergang zwischen der Driftsteuerzone ( A semiconductor device according to claim 14, wherein the diode by a PN junction between the drift control region ( 41 41 ) und einer komplementär zu der Driftsteuerzone ( ) And a complementary to the drift control region ( 41 41 ) dotierten Anschlusszone ( ) Doped connection zone ( 43 43 ) oder durch einen pn-Übergang zwischen einer sich an die Driftsteuerzone ( ) Or by a pn junction between an on the drift control region ( 41 41 ) anschließenden, höher als diese dotierten Halbleiterzone ( ) Subsequent, higher than said doped semiconductor region ( 42 42 ) und einer komplementär zu der Driftsteuerzone ( ) And a complementary to the drift control region ( 41 41 ) dotierten Anschlusszone ( ) Doped connection zone ( 43 43 ) gebildet ist. ) Is formed.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the drift control region ( 41 41 ) elektrisch an die erste Bauelementzone ( ) Electrically connected to the first device region ( 12 12 ) gekoppelt ist. ) Is coupled.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, bei dem die Driftsteuerzone über ein Gleichrichterelement ( A semiconductor device according to claim 17, wherein the drift control zone via a rectifier element ( 62 62 ) an die erste Bauelementzone ( ) To the first device region ( 12 12 ) gekoppelt ist. ) Is coupled.
  19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, bei dem das Gleichrichterelement ( A semiconductor device according to claim 18, wherein the rectifier element ( 62 62 ) eine Diode ist. ) Is a diode.
  20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, bei dem die Diode ( A semiconductor device according to claim 19, wherein the diode ( 62 62 ) durch einen pn-Übergang zwischen der Driftsteuerzone ( ) By a pn junction between the drift control region ( 41 41 ) und einer komplementär zu der Driftsteuerzone ( ) And a complementary to the drift control region ( 41 41 ) dotierten Anschlusszone ( ) Doped connection zone ( 44 44 ) gebildet ist. ) Is formed.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16 und 20, bei dem die Anschlusszonen ( A semiconductor device according to claim 16 and 20, in which the connection zones ( 43 43 , . 44 44 ) in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander in der Driftsteuerzone ( ) In the first lateral direction apart one another in the drift control region ( 41 41 ) angeordnet sind. Are arranged).
  22. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem ein kapazitives Bauelement zwischen die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of claims 17 to 21, in which a capacitive component between the drift control region ( 41 41 ) und die erste Bauelementzone ( ) And the first device region ( 12 12 ) geschaltet ist. ) Is connected.
  23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die erste Dielektrikumsschicht ( Semiconductor component according to one of claims 1 to 16, wherein the first dielectric layer ( 51 51 ) abschnittsweise als Tunneldielektrikum ( ) Sections as a tunnel dielectric ( 53 53 ) ausgebildet ist. ) Is formed.
  24. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Bauelementzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein said first device region ( 12 12 ; ; 71 71 ) mit der Driftzone einen Bauelementübergang bildet, ausgehend von dem sich bei Anlegen einer Sperrspannung zwischen der Driftzone ( ) With the drift region forms a component junction, from which when a blocking voltage between the drift region ( 11 11 ) und der ersten Bauelementzone ( ) And the first device region ( 12 12 ) eine Raumladungszone in der Driftzone ( ) A space charge region in the drift region ( 11 11 ) ausbreitet. ) Spreads.
  25. Halbleiterbauelement nach einem der vorabgehenden Ansprüche, das als MOS-Transistor ausgebildet ist bei dem die erste Bauelementzone ( Semiconductor component according to one of the previous claims pre-formed as a MOS transistor in which the first device region ( 12 12 ) eine Bodyzone und die zweite Bauelementzone ( ) A body zone and the second zone component ( 14 14 ) eine Drainzone bildet und das folgende weitere Merkmale aufweist: – eine Sourcezone ( ) Forms a drain region and having the following further features: - a source region ( 12 12 ) die durch die Bodyzone ( ) By the body zone ( 12 12 ) von der Driftzone ( ) From the drift region ( 11 11 ) getrennt ist, – eine Gateelektrode ( ) Is separated, - a gate electrode ( 21 21 ), die mittels eines Gatedielektrikums gegenüber dem Halbleiterkörper ( ), Which by means of a gate dielectric over the semiconductor body ( 100 100 ) isoliert ist und die sich benachbart zu der Bodyzone ( ) Is isolated and adjacent to the body zone ( 12 12 ) von der Sourcezone ( ) From the source region ( 13 13 ) bis zu der Driftzone ( ) Up to the drift region ( 11 11 ) erstreckt. ) Extends.
  26. Halbleiterbauelement nach Anspruch 25, das als MOSFET ausgebildet ist, bei dem die Drainzone ( A semiconductor device according to claim 25, which is formed as a MOSFET in which the drain region ( 14 14 ) vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone ( ) Of the same conductivity type as the drift region ( 11 11 ) ist. ) Is.
  27. Halbleiterbauelement nach Anspruch 25, das als IGBT ausgebildet ist, bei dem die Drainzone ( A semiconductor device according to claim 25, which is formed as an IGBT, in which the drain region ( 14 14 ) komplementär zu der Driftzone ( ) Is complementary to the drift region ( 11 11 ) dotiert ist. ) Is doped.
  28. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem die Gateelektrode ( Semiconductor component according to one of claims 25 to 27, wherein the gate electrode ( 21 21 ) oberhalb der Vorderseite ( ) Above the front side ( 101 101 ) des Halbleiterkörpers ( ) Of the semiconductor body ( 100 100 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  29. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei dem die Gateelektrode ( Semiconductor component according to one of claims 25 to 27, wherein the gate electrode ( 21 21 ) in einem Graben des Halbleiterkörpers ( ) In a trench of the semiconductor body ( 100 100 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  30. Halbleiterbauelement nach Anspruch 28, bei dem sich die Gateelektrode ( A semiconductor device according to claim 28, in which the gate electrode ( 21 21 ) in der ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers ( ) In the first lateral direction of the semiconductor body ( 100 100 ) von der Sourcezone ( ) From the source region ( 13 13 ) bis zu der Driftzone ( ) Up to the drift region ( 11 11 ) erstreckt. ) Extends.
  31. Halbleiterbauelement nach Anspruch 30, bei dem die Gateelektrode ( A semiconductor device according to claim 30, wherein the gate electrode ( 21 21 ) in der ersten lateralen Richtung benachbart zu der wenigstens einen Driftsteuerzone ( ) In the first lateral direction adjacent to the at least one drift control region ( 41 41 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  32. Halbleiterbauelement nach Anspruch 29, bei dem sich die Gateelektrode ( A semiconductor device according to claim 29, in which the gate electrode ( 21 21 ) in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers ( ) In the vertical direction of the semiconductor body ( 100 100 ) von der Sourcezone ( ) From the source region ( 13 13 ) bis zu der Driftzone ( ) Up to the drift region ( 11 11 ) erstreckt. ) Extends.
  33. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 24, das als Schottky-Diode ausgebildet ist, bei der die erste Bauelementzone ( Semiconductor component according to one of claims 1 to 24, which is formed as a Schottky diode, wherein the first device region ( 12 12 ) eine Anodenzone und die zweite Bauelementzone ( ) An anode zone and the second device region ( 14 14 ) eine Kathodenzone bildet. ) Forms a cathode zone.
  34. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the drift control region ( 41 41 ) komplementär zu der Driftzone ( ) Is complementary to the drift region ( 11 11 ) dotiert ist. ) Is doped.
  35. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the drift control region ( 41 41 ) vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone ( ) Of the same conductivity type as the drift region ( 11 11 ) ist. ) Is.
  36. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, bei dem ein Dotierungsprofil der Driftsteuerzone ( A semiconductor device according to claim 35, wherein a dopant profile of the drift control region ( 41 41 ) in der ersten lateralen Richtung wenigstens annäherungsweise einem Dotierungsprofil der Driftzone ( ) In the first lateral direction at least approximately a doping profile of the drift region ( 11 11 ) entspricht. ) Corresponds.
  37. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftsteuerzone ( Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the drift control region ( 41 41 ) eine dotierte, undotierte oder intrinsisch dotierte Halbleiterzone ist. ) Is a doped, undoped or intrinsically doped semiconductor region.
Descripción  traducido del alemán
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein laterales Halbleiterbauelement, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement, mit niedrigem Einschaltwiderstand. The invention relates to a lateral semiconductor device, in particular a power semiconductor device with low on-resistance.
  • [0002] [0002]
    Ein wesentliches Ziel bei der Entwicklung von Leistungshalbleiterbauelementen besteht darin, möglichst hochsperrende Bauelemente zu erhalten, die dennoch einen niedrigen Einschaltwiderstand haben und die gleichzeitig möglichst geringe Schaltverluste aufweisen. A key objective in the development of power semiconductor devices is to obtain a high blocking possible components that still have a low on-resistance and have the same lowest possible switching losses.
  • [0003] [0003]
    Eine Möglichkeit, den Einschaltwiderstand eines Leistungshalbleiterbauelements bei einer gegebenen Sperrfähigkeit zu reduzieren, ist die Verwendung des Kompensationsprinzips, das beispielsweise in One way to reduce the on-resistance of a power semiconductor component at a given blocking capability is to use the compensation principle, for example, in US 4,754,310 US 4,754,310 (Coe), (Coe) US 5,216,275 A1 US 5,216,275 A1 (Chen), (Chen) US 5,438,215 US 5,438,215 (Tihanyi) oder (Tihanyi) or DE 43 09 764 C2 DE 43 09 764 C2 (Tihanyi) beschrieben ist. (Tihanyi) is described. Das Kompensationsprinzip besteht darin, in der Driftzone eines Leistungshalbleiterbauelements komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen vorzusehen, die sich im Sperrfall gegenseitig an Ladungsträgern ausräumen. The compensation principle is to provide in the drift region of a power semiconductor device doped semiconductor regions complementary to each other, mutually dispel barrier in case of carriers. Das Kompensationsprinzip stößt allerdings bei einer zunehmenden Verkleinerung der Strukturbreiten an seine Grenzen, da für ein ordnungsgemäßes Funktionieren eine Mindestbreite der Driftzone in einer Richtung quer zur Stromflussrichtung erforderlich ist. However, the compensation principle meets with an increasing reduction of the feature sizes to its limits, as a minimum width of the drift region in a direction transverse to the direction of current flow required for proper functioning.
  • [0004] [0004]
    Der Einschaltwiderstand eines Leistungshalbleiterbauelements kann auch dadurch reduziert werden, dass eine höhere Dotierung der Driftzone vorgesehen wird und dass benachbart zu der Driftstrecke des Bauelements eine Feldelektrode angeordnet wird, die bei sperrend angesteuertem Bauelement eine Gegenladung zu der in der Driftzone vorhandenen, aus der Dotierung resultierenden Ladung bereitstellt. The on-resistance of a power semiconductor device can also be reduced by using a higher doping of the drift region is provided and that adjacent to the drift region of the device, a field electrode is arranged that when the component is an opposite charge to that present in the drift region, from the allocation resulting charge provides. Diese Gegenladung kompen siert Ladungsträger der Driftzone, so dass bei einer gegebenen Sperrspannung eine höhere Dotierung der Driftzone, und damit ein niedrigerer Einschaltwiderstand, oder bei einer gegebenen Dotierung eine höhere Sperrspannung möglich ist. Kompen this counter charge Siert charge carrier drift zone so that at a given reverse voltage, a higher doping of the drift region, and thus a lower on-resistance, or, for a given doping a higher blocking voltage is possible. Derartige Bauelemente sind beispielsweise in Such components are, for example, US 4,903,189 US 4,903,189 (Ngo), (Ngo) US 4,941,026 US 4,941,026 (Temple), (Temple), US 6,555,873 B2 US 6,555,873 B2 (Disney), (Disney) US 6,717,230 US 6,717,230 B2 (Kocon), B2 (Kocon) US 6,853,033 B2 US 6,853,033 B2 (Liang) beschrieben. (Liang) described. Problematisch sind hierbei die unter Umständen hohen Spannungen, die bei sperrendem Bauelement über der Isolationsschicht zwischen der Driftzone und der Feldelektrode auftreten können, so dass diese Isolationsschicht entsprechend dick sein muss, um eine ausreichende Spannungsfestigkeit zu besitzen. The problem here are the high may stresses which may occur during component in the off over the insulating layer between the drift region and the field electrode, so that this insulating layer must be correspondingly thick to have a sufficient withstand voltage. Dies beeinträchtigt allerdings das Akkumulationsverhalten. However, this affects the accumulation behavior.
  • [0005] [0005]
    Die The EP 1 073 123 A2 EP 1073123 A2 (Yasuhara) beschreibt einen lateralen Leistungs-MOSFET, der mehrere in einer Driftzone des Bauelements angeordnete Hilfselektroden aufweist, die durch ein Dielektrikum gegenüber der Driftzone isoliert sind. (Yasuhara) describes a lateral power MOSFET comprising a plurality arranged in a drift zone of the component sub-electrodes which are insulated by a dielectric from the drift zone. Diese Hilfselektroden bestehen aus einem halbisolierenden Polysilizium (SIPOS), einem Widerstandsmaterial, und sind zwischen einen Source- und einen Drainanschluss des Bauelements geschaltet. These auxiliary electrodes consist of a semi-insulating polysilicon (SIPOS), a resistive material, and are connected between a source and a drain terminal of the device. Die Hilfselektroden bewirken die Ausbildung einer Verarmungszone (depletion layer) in der Driftzone bei sperrend angesteuertem Bauelement. The auxiliary electrodes cause the formation of a depletion layer (depletion layer) in the drift region when the component.
  • [0006] [0006]
    Die The GB 2 089 118 A GB 2089118 A beschreibt einen Leistungs-MOSFET, der eine Widerstandsschicht aufweist, die sich entlang der Driftzone zwischen einer Gateelektrode und einer Drainelektrode erstreckt und die ein elektrisches Feld in der Driftzone mit dem Ziel einer Erhöhung der Spannungsfestigkeit "auf spreizt". describes a power MOSFET which comprises a resistive layer that extends along the drift region between a gate electrode and a drain electrode, and the "spread to" an electric field in the drift region with the aim of increasing the voltage strength.
  • [0007] [0007]
    Die The US 5,844,272 US 5,844,272 (Söderbärg) beschreibt einen lateralen Hochfrequenztransistor mit einer in lateraler Richtung eines Halbleiterkörpers verlaufenden Driftzone und mit einer oberhalb des Halbleiterkörpers benachbart zu der Driftzone angeordneten weiteren Halbleiterzone, die durch eine Isolationsschicht gegenüber der Driftzone isoliert ist. (Söderbärg) describes a lateral high-frequency transistor with a line extending in a lateral direction of a semiconductor body drift region and having an above the semiconductor body adjacent to the drift zone arranged further semiconductor zone which is isolated by an insulating layer over the drift zone. Diese weitere Halbleiterzone ist über eine Diode an die Drainzone angeschlossen und bewirkt bei leitend angesteuertem Bauelement die Ausbildung eines Akkumulationskanals in der Driftzone entlang der Isolationsschicht. This further semiconductor zone is connected via a diode to the drain region, and when the component causes the formation of an accumulation channel in the drift region along the insulation layer.
  • [0008] [0008]
    Die US 2003/0073287 A1 (Kocon) schlägt vor, entlang der Driftstrecke mehrere Feldelektroden, die auf unterschiedlichem Potential liegen, vorzusehen. The US 2003/0073287 A1 (Kocon) proposed along the drift path several field electrodes at different potentials provide. Dies ist allerdings sehr aufwendig in der Realisierung. However, this is very complex to implement.
  • [0009] [0009]
    Bei einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) wird der Einschaltwiderstand durch die Überschwemmung der Driftstrecke mittels zusätzlicher Injektion eines zweiten Ladungsträgertyps abgesenkt. In an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), the on is lowered by the flooding of the drift by additional injection of a second charge carrier type. Hierdurch ergeben sich jedoch deutlich erhöhte Schaltverluste, da diese zusätzlichen Ladungsträger beim Abschalten des Bauelements wieder entfernt werden müssen. However, this results in significantly increased switching losses, since these additional charge carriers must be removed when switching off the device.
  • [0010] [0010]
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein laterales Leistungshalbleiterbauelement, mit einer Driftstrecke bereitzustellen, das einen niedrigen Einschaltwiderstand aufweist und das platzsparend realisierbar ist. Object of the present invention is to provide a lateral power semiconductor component to provide a drift region, which has a low on-resistance and saves space possible.
  • [0011] [0011]
    Dieses Ziel wird durch ein laterales Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a lateral power semiconductor device according to claim 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
  • [0012] [0012]
    Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite. The power semiconductor device according to the invention comprises a semiconductor body having a first side and a second side opposite the first side. In diesem Halbleiterkörper sind eine erste Bauelementzone und eine zweite Bauelementzone in einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet, und zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone ist eine Driftzone angeordnet. In this semiconductor body, a first device region and a second device region in a first lateral direction of the semiconductor body are spaced apart from each other, and between the first and second device region, a drift region is arranged.
  • [0013] [0013]
    Das Bauelement weist außerdem eine Driftsteuerzone aus einem dotierten oder undotierten bzw. intrinsisch dotierten Halb leitermaterial auf, die in dem Halbleiterkörper angeordnet ist und die an die zweite Bauelementzone gekoppelt ist, wobei ein Akkumulationsdielektrikum zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone angeordnet ist. The device further includes a drift control region of a doped or undoped or intrinsically doped semi-to-conductor material, which is arranged in the semiconductor body and which is coupled to the second device region, wherein an accumulation dielectric between the drift region and the drift control region is arranged.
  • [0014] [0014]
    Die Dotierung der Driftsteuerzone des Leistungshalbleiterbauelements ist so gewählt, dass ein Quotient aus der Netto-Dotierstoffladung der Driftsteuerzone in einem an das Akkumulationsdielektrikum angrenzenden Bereich und aus der Fläche des Akkumulationsdielektrikums kleiner ist als die Durchbruchsladung des Halbleitermaterials der Driftsteuerzone. The doping of the drift control region of the power semiconductor component is chosen such that a quotient of the net dopant charge of the drift control zone in an area adjacent to the accumulation region and from the area of Akkumulationsdielektrikums is smaller than the breakdown charge of the semiconductor material of the drift control zone. Die Driftsteuerzone dient bei leitend angesteuertem Bauelement zur Steuerung eines Akkumulationskanals, dh eines Bereiches mit lokal stark erhöhter Ladungsträgerdichte, in der Driftzone entlang des Akkumulationsdielektrikums. The drift control region is used when the component for controlling an accumulation channel, ie, a region with locally greatly increased charge carrier density in the drift region along the Akkumulationsdielektrikums. zur Ausbildung dieses Kanals ist eine Potentialdifferenz zwischen der Driftsteuerzone und der Driftzone erforderlich. for the formation of this channel is a potential difference between the drift control region and the drift region is required. Die Art der Ladungsträger, also Elektronen oder Löcher, die sich entlang des Akkumulationsdielektrikums akkumulieren, ist dabei von der Polung der Potentialdifferenz nicht jedoch von der Grunddotierung der Driftzone, die auch als undotierte bzw. intrinsisch dotierte Zone realisiert sein kann, abhängig. The nature of the charge carriers, ie electrons or holes that accumulate along the Akkumulationsdielektrikums is not, however, depending on the polarity of the potential difference of the basic doping of the drift region, which can be realized as undoped or intrinsically doped region.
  • [0015] [0015]
    Das Vorhandensein eines solchen Akkumulationskanals führt zu einer erheblichen Reduktion des Einschaltwiderstandes des Leistungshalbleiterbauelements im Vergleich zu Bauelementen, die keine solche Driftsteuerzone aufweisen. The presence of such accumulation channel leads to a considerable reduction of the on resistance of the power semiconductor device in comparison with devices having no such drift control region. Bei gleichem Einschaltwiderstand kann die Grunddotierung der Driftzone des erfindungsgemäßen Bauelements im Vergleich zur Grunddotierung der Driftzone herkömmlicher Bauelemente reduziert werden, woraus eine höhere Spannungsfestigkeit des erfindungsgemäßen Bauelements im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen resultiert. For the same reason the on-doping of the drift region of the device according to the invention can be reduced compared to the basic doping of the drift zone conventional components, resulting in a higher dielectric strength of the device according to the invention results in comparison to conventional devices.
  • [0016] [0016]
    Die Driftzone ist über das Akkumulationsdielektrikum kapazitiv mit der Driftsteuerzone gekoppelt, wodurch die Ausbildung des Akkumulationskanals bei leitend angesteuertem Bauelement möglich wird. The drift region is capacitively coupled through the accumulation of the drift control region, so that the formation of the accumulation channel when the component becomes possible. Diese kapazitive Kopplung und die Einhaltung der oben angegebenen Dotierungsbedingung für die Driftsteuerzone führen dazu, dass sich bei sperrendem Bauelement, also dann, wenn sich eine Raumladungszone in der Driftzone ausbreitet, in der Driftsteuerzone ebenfalls eine Raumladungszone ausbreitet. This capacitive coupling and compliance with the above doping condition for the drift control zone lead to the fact that, in the drift control zone also propagates a space charge region at component in the off, ie when a space charge zone propagates in the drift region. Diese sich in der Driftsteuerzone ausbreitende Raumladungszone führt dazu, dass der Potentialverlauf in der Driftsteuerzone dem Potentialverlauf in der Driftzone folgt. This spreading in the drift control zone space charge region means that the potential profile in the drift control region the potential variation in the drift region follows. Eine Potentialdifferenz bzw. eine elektrische Spannung zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone wird dadurch begrenzt. A potential difference and an electric voltage between the drift region and the drift control zone is limited thereby. Diese Spannungsbegrenzung ermöglicht die Verwendung eines dünnen Akkumulationsdielektrikums, was den Vorteil einer verbesserten kapazitiven Kopplung zwischen der Driftsteuerzone und der Driftzone mit sich bringt. This voltage limit allows the use of a thin Akkumulationsdielektrikums, which has the advantage of improved capacitive coupling between the drift control region and the drift region with it.
  • [0017] [0017]
    Die erste Bauelementzone bildet mit der Driftzone insbesondere einen Bauelementübergang, ausgehend von dem sich bei Anlegen einer Sperrspannung zwischen der Driftzone und der ersten Bauelementzone eine Raumladungszone in der Driftzone ausbreitet. The first device region forms with the drift region in particular, a component junction, from which a space charge region spreads when a reverse voltage between the drift region and the first device region in the drift region.
  • [0018] [0018]
    Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um ein unipolares Leistungshalbleiterbauelement, wie beispielsweise einen Leistungs-MOSFET oder eine Leistungs-Schottky-Diode. In the semiconductor device according to the invention, in particular a unipolar power semiconductor device, such as a power MOSFET or a power Schottky diode. Eine aus einem dotierten oder undotierten Halbleitermaterial bestehende, durch ein Akkumulationsdielektrikum gegenüber einer Driftzone isolierte Driftsteuerzone, die die oben angegebene Dotierungsbedingung erfüllt, kann jedoch auch bei bipolaren Bauelementen, wie Dioden oder IGBTs, vorgesehen werden. A one-doped or undoped semiconductor material, insulated by an accumulation dielectric over a drift region drift control region which satisfies the above mentioned doping condition, but may also be provided in bipolar devices such as diodes or IGBTs.
  • [0019] [0019]
    Bei einem MOSFET, einem IGBT oder einer Diode ist der Bauelementübergang zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone ein pn-Übergang. In a MOSFET, an IGBT or a diode, the component transfer between the first and second device region is a pn junction. Die erste Bauelementzone bildet bei einem MOSFET oder IGBT dessen Bodyzone, bei einer Diode eine der p- oder n-Emitterzonen. The first device region forms at a MOSFET or IGBT whose body zone, in a diode of a p- or n-type emitter regions. Die zweite Bauelementzone bildet bei einem MOSFET dessen Drainzone, bei einem IGBT oder bei einer Diode die Emitterzone. The second device region constitutes the emitter zone at a MOSFET having a drain zone, in an IGBT or a diode. Ohne Einschränkung wird nachfolgend der Begriff Driftzone für die zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone angeordnete Zone des Halbleiterkörpers verwendet. Without limitation, the term is used for the drift region arranged between the first and second device region zone of the semiconductor body below.
  • [0020] [0020]
    Bei einer Schottky-Diode ist der Bauelementübergang zwischen der ersten Bauelementzone und der Driftzone ein Schottky-Kontakt, und die erste Bauelementzone besteht aus einem Schottky-Metall. In a Schottky diode is the device transfer between the first device region and the drift region, a Schottky contact, and the first device region is composed of a Schottky metal. Die erste Bauelementzone ist bei einer Schottky-Diode deren aus einem Schottky-Metall bestehende Anodenzone. The first device region is the Schottky metal consisting of an anode zone at a Schottky diode.
  • [0021] [0021]
    Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. The present invention is explained in reference to figures.
  • [0022] [0022]
    1 1 zeigt ein als MOSFET ausgebildetes erfindungsgemäßes laterales Leistungshalbleiterbauelement, das mehrere Driftsteuerzonen aufweist, die jeweils durch ein Akkumulationsdielektrikum gegenüber einer Driftzone isoliert sind, anhand verschiedener Schnittdarstellungen eines Halbleiterkörpers in dem bzw. auf dem das Bauelement integriert ist. is embodied as a MOSFET according to the invention lateral power semiconductor device having a plurality of drift control regions that are isolated each by a accumulation dielectric over a drift region, using various cross-sectional views of a semiconductor body in which or on which the device is integrated.
  • [0023] [0023]
    2 2 zeigt ein als MOSFET ausgebildetes Leistungshalbleiterbauelement, bei dem Driftsteuerzonen abschnittsweise durch Tunneldielektrika von der Driftzone getrennt sind. is designed as a MOSFET power semiconductor component, are partially separated in the drift control zones by tunnel dielectrics of the drift region.
  • [0024] [0024]
    3 3 zeigt in perspektivischer Schnittdarstellung einen auf einem SOI-Substrat basierenden lateralen Leistungs-MOSFET mit einer Driftzone und einer Driftsteuerzone. shows a perspective sectional view of a based on an SOI substrate lateral power MOSFET with a drift zone and a drift control zone.
  • [0025] [0025]
    4 4 zeigt ein als MOSFET ausgebildete laterales Leistungshalbleiterbauelement, bei dem sich Driftsteuerzonen in einer lateralen Richtung über die gesam te Länge jeweils benachbarter Driftzonen erstrecken. shows a lateral MOSFET constructed as a power semiconductor component, in which drift control zones extend in a lateral direction across the TOTAL te length of respectively adjacent drift regions.
  • [0026] [0026]
    5 5 zeigt ein gegenüber dem Bauelement gemäß shows a relative to the component in accordance with 4 4 abgewandeltes Bauelement, bei dem eine Driftsteuerzone abschnittsweise benachbart zu einer Bodyzone des Leistungs-MOSFET angeordnet ist. modified device in which a drift control region is partially disposed adjacent to a body region of the power MOSFET.
  • [0027] [0027]
    6 6 zeigt ein weiteres gegenüber dem Bauelement gemäß shows another relative to the component in accordance with 4 4 abgewandeltes Bauelement, bei der eine Gateelektrode als durchgehende streifenförmige Elektrode realisiert ist. modified component, in which a gate electrode is implemented as a continuous strip-shaped electrode.
  • [0028] [0028]
    7 7 zeigt ein gegenüber dem Bauelement gemäß shows a relative to the component in accordance with 4 4 abgewandeltes Bauelement, das auf Basis eines SOI-Substrates realisiert ist. modified component, which is realized on the basis of an SOI substrate.
  • [0029] [0029]
    8 8 zeigt ausschnittsweise ein als Leistungs-MOSFET realisiertes Bauelement, bei dem die Driftsteuerzone über eine erste Diode an eine Drainelektrode und über eine integrierte zweite Diode an eine Sourceelektrode gekoppelt ist. shows a detail of a realized as a power MOSFET device in which the drift control zone is coupled via a first diode to a drain electrode and a second integrated diode to a source electrode.
  • [0030] [0030]
    9 9 zeigt ausschnittsweise einen Leistungs-MOSFET, bei dem die Driftsteuerzone unmittelbar an die Drainelektrode und über eine Diode an die Sourceelektrode gekoppelt ist. shows a detail of a power MOSFET, in which the drift control region is directly coupled to the drain electrode and through a diode to the source electrode.
  • [0031] [0031]
    10 10 zeigt ausschnittsweise einen Leistungs-MOSFET, bei dem eine Kapazität und eine integrierte Diode zwischen die Driftsteuerzone und die Sourceelektrode geschaltet sind. shows a detail of a power MOSFET in which a capacitor and an integrated diode between the drift control region and the source electrode are connected.
  • [0032] [0032]
    11 11 zeigt ein gegenüber dem Bauelement in shows a relative to the component in 10 10 abgewandeltes Bauelement mit externer Diode. modified device with external diode.
  • [0033] [0033]
    12 12 zeigt ein gegenüber dem Bauelement in shows a relative to the component in 10 10 abgewandeltes Bauelement, bei dem eine weitere Diode zwischen die Driftsteuerzone und eine Gateelektrode geschaltet ist. modified component, in which a further diode is connected between the drift control region and a gate electrode is connected.
  • [0034] [0034]
    13 13 zeigt ein als MOSFET realisiertes laterales Leistungshalbleiterbauelement, bei dem eine Gateelektrode in einem Graben angeordnet ist und bei dem ein durch die Gateelektrode gesteuerter Inversionskanal in einer vertikalen Richtung verläuft. shows a realized as a MOSFET lateral power semiconductor component, in which a gate electrode is disposed in a trench and in which a gate electrode controlled by the inversion channel extending in a vertical direction.
  • [0035] [0035]
    14 14 zeigt einen gegenüber dem MOSFET in showing respect to the MOSFET in 13 13 abgewandelten Leistungs-MOSFET, bei dem ein durch die Gateelektrode gesteuerter Inversionskanal in einer lateralen Richtung verläuft. modified power MOSFET in which a gate electrode controlled by the inversion channel extending in a lateral direction.
  • [0036] [0036]
    15 15 zeigt einen lateralen Leistungs-MOSFET, der mehrere Gateelektrodenabschnitte aufweist, die in lateraler Richtung jeweils in Verlängerung einer Driftsteuerzone angeordnet sind. shows a lateral power MOSFET comprising a plurality of gate electrode portions which are arranged in the lateral direction in each case in extension of a drift control region.
  • [0037] [0037]
    16 16 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines auf einem SOI-Substrat basierenden lateralen Leistungs-MOSFET, dessen Bodyzone an ein Halbleitersubstrat angeschlossen ist. shows a first embodiment of a system based on an SOI substrate lateral power MOSFET, the body region is connected to a semiconductor substrate.
  • [0038] [0038]
    17 17 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines auf einem SOI-Substrat basierenden lateralen Leistungs-MOSFET, dessen Bodyzone an ein Halbleitersubstrat angeschlossen ist. shows a second embodiment of a system based on an SOI substrate lateral power MOSFET, the body region is connected to a semiconductor substrate.
  • [0039] [0039]
    18 18 veranschaulicht ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Akkumulationsdielektrikums von einer Driftzone getrennten Driftsteuerzone. illustrates a possible method for producing a separate means of a Akkumulationsdielektrikums of a drift zone drift control region.
  • [0040] [0040]
    19 19 zeigt in perspektivischer Darstellung ein als Schottky-Diode realisiertes laterales Leistungshalbleiterbauelement. shows a perspective view of a lateral Schottky diode is realized as power semiconductor device.
  • [0041] [0041]
    20 20 zeigt einen lateralen Leistungs-MOSFET mit einer parallel zu einer Vorderseite eines Halbleiterkörpers verlaufenden Driftsteuerzone und einer oberhalb der Vorderseite angeordneten Gateelektrode. shows a lateral power MOSFET with a plane extending parallel to a front side of a semiconductor body and a drift control region disposed above the front side gate electrode.
  • [0042] [0042]
    21 21 zeigt ein gegenüber dem Bauelement in shows a relative to the component in 20 20 abgewandeltes Bauelement, bei dem die Gateelektrode in einem Graben angeordnet ist. modified device in which the gate electrode is disposed in a trench.
  • [0043] [0043]
    22 22 zeigt ein gegenüber dem Bauelement in shows a relative to the component in 21 21 abgewandeltes Bauelement, bei dem die Gateelektrode mehrere Gateelektrodenabschnitte aufweist, die jeweils in Verlängerung einer Driftsteuerzone angeordnet sind. modified device in which the gate electrode has a plurality of gate electrode portions which are respectively disposed in extension of a drift control region.
  • [0044] [0044]
    23 23 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlusskontakts, der vergrabene Halbleiterzonen kontaktiert. illustrates a method for producing a terminal fitting, said semiconductor buried zones contacted.
  • [0045] [0045]
    24 24 zeigt ausschnittsweise eine Driftzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit darin angeordneten streifenförmigen Driftsteuerzonen. fragmentary shows a drift region of a power semiconductor device having disposed therein striped drift control zones.
  • [0046] [0046]
    25 25 zeigt eine gegenüber der Anordnung in shows a comparison with the arrangement in 24 24 abgewandelte Anordnung. modified arrangement.
  • [0047] [0047]
    26 26 zeigt eine weitere gegenüber der Anordnung in shows a further comparison with the arrangement in 24 24 abgewandelte Anordnung. modified arrangement.
  • [0048] [0048]
    27 27 zeigt ausschnittsweise eine Driftsteuerzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit darin angeordneten streifenförmigen Driftzonen. fragmentary shows a drift control region of a power semiconductor device having disposed therein striped drift zones.
  • [0049] [0049]
    28 28 zeigt ausschnittsweise eine Driftzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit darin angeordneten balkenförmigen Driftsteuerzonen. fragmentary shows a drift region of a power semiconductor device having disposed therein beamlike drift control zones.
  • [0050] [0050]
    29 29 zeigt ausschnittsweise eine Driftsteuerzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit darin angeordneten balkenförmigen Driftzonen. fragmentary shows a drift control region of a power semiconductor device having disposed therein beamlike drift zones.
  • [0051] [0051]
    30 30 zeigt ausschnittsweise eine Driftzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit einer darin angeordneten Driftsteuerzone, die einen mäanderförmigen Umfang aufweist. fragmentary shows a drift region of a power semiconductor device having therein a drift control zone having a meandering perimeter.
  • [0052] [0052]
    31 31 zeigt ausschnittsweise eine Driftsteuerzone eines Leistungshalbleiterbauelements mit einer darin angeordneten Driftzone, die einen mäanderförmigen Umfang aufweist. fragmentary shows a drift control region of a power semiconductor device having therein a drift zone having a meandering perimeter.
  • [0053] [0053]
    In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung. In the figures, unless otherwise indicated, like reference characters designate like component regions with the same meaning.
  • [0054] [0054]
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Schnittdarstellungen eines Halbleiterkörpers The invention is described based on sectional views of a semiconductor body 100 100 erläutert, der eine erste Seite explained, a first side 101 101 , die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite Which is hereinafter referred to as the front side, and one of the first side opposite the second side 102 102 , die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, aufweist. Which is hereinafter referred to as the rear side, comprises. Eine vertikale Richtung v dieser Halbleiterkörper verläuft senkrecht zu der Vorder- und Rückseite A vertical direction V of the semiconductor body is perpendicular to the front and back 101 101 , . 102 102 zwischen diesen beiden Seiten between these two sides 101 101 , . 102 102 . , Laterale Richtung der Halbleiterkörper verlaufen jeweils parallel zu der Vorder- und Rückseite Lateral direction of the semiconductor body in each case run parallel to the front and back 101 101 , . 102 102 und damit senkrecht zu der vertikalen Richtung v. Laterale Schnittebenen bezeichnen nachfolgend Schnittebenen parallel zu der Vorder- und Rückseite and thus perpendicular to the vertical direction v. Lateral section planes denote below sectional planes parallel to the front and back 101 101 , . 102 102 , während vertikale Schnittebenen nachfolgend Schnittebenen senkrecht zu der Vorder- und Rückseite During vertical cutting planes following cutting planes perpendicular to the front and back 101 101 , . 102 102 bezeichnen. designate.
  • [0055] [0055]
    Als MOSFET ausgebildete Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente werden – ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit der Erfindung – nachfolgend anhand von n-Kanal-MOSFET (n-MOSFET) erläutert, die eine n-dotierte Driftzone As MOSFET trained embodiments of the invention are semiconductor devices - without limiting the generality of the invention - below using n-channel MOSFET (n-MOSFET) explained that an n-doped drift region 11 11 , eine p-dotierte Bodyzone , A p-type body region 12 12 und n-dotierte Source- und Drainzonen and n-doped source and drain regions 13 13 , . 14 14 aufweisen. have. Die Driftzone The drift region 11 11 eines n-Kanal-MOSFET kann allerdings auch undotiert bzw. intrinsisch dotiert sein. an n-channel MOSFET, however, can also be doped or undoped intrinsic.
  • [0056] [0056]
    Die Erfindung ist selbstverständlich jedoch auch auf einen p-Kanal-MOSFET (p-MOSFET) anwendbar, wobei die nachfolgend für einen n-MOSFET erläuterten Bauelementzonen einschließlich des noch erläuterten Halbleitersubstrats But the invention is of course applicable also to a p-channel MOSFET (p-MOSFET), the following is an n-MOSFET device regions described, including the still-explained semiconductor substrate 103 103 bei einem p-MOSFET komplementär zu dotieren sind. are to be doped with a p-MOSFET complementary.
  • [0057] [0057]
    Die The 1A 1A bis to 1D 1D zeigen ein als MOSFET ausgebildetes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen lateralen Leistungshalbleiterbauelements anhand verschiedener Querschnitte eines Halbleiterkörpers show designed as a lateral power MOSFET embodiment of a semiconductor device according to the invention by means of various cross sections of a semiconductor body 100 100 , in dem Bauelementstrukturen des MOSFET integriert sind. , Are integrated in the component structures of the MOSFET. 1A 1A zeigt den Halbleiterkörper shows the semiconductor body 100 100 in einer lateralen Schnittebene ZZ, die in a lateral sectional plane ZZ 1B 1B und and 1C 1C zeigen den Halbleiterkörper show the semiconductor body 100 100 in unterschiedlichen vertikalen Schnittebenen AA, BB, deren laterale Position in in different vertical sectional planes AA, BB, their lateral position in 1A 1A dargestellt ist. is shown. 1D 1D zeigt ausschnittsweise eine perspektivische Schnittdarstellung des Halbleiterkörpers fragmentary shows a perspective sectional view of the semiconductor body 100 100 . ,
  • [0058] [0058]
    Der in The in 1 1 dargestellte Leistungs-MOSFET weist eine Sourcezone shown power MOSFET has a source zone 13 13 und eine Drainzone and a drain region 14 14 auf, die in einer ersten lateralen Richtung x des Halbleiterkörpers to, in a first lateral direction x of the semiconductor body 100 100 beabstandet zueinander angeordnet und die jeweils n-dotiert sind. spaced apart from one another and each of which is n-doped. An die Drainzone To the drain region 14 14 schließt sich eine Driftzone is followed by a drift region 11 11 an, die in dem Beispiel vom gleichen Leitungstyp wie die Drainzone , which in the example of the same conductivity type as the drain region 14 14 ist, die jedoch schwächer als die Drainzone is, however, weaker than the drain zone, 14 14 dotiert ist, die allerdings auch undotiert sein kann. is doped, which can be undoped, however, also. Zwischen der Sourcezone Between the source region 12 12 und der Driftzone and the drift region 11 11 ist eine komplementär zu der Sourcezone is complementary to the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 dotierte Bodyzone doped body zone 12 12 angeordnet, die mit der Driftzone arranged, which with the drift region 11 11 einen pn-Übergang bildet, ausgehend von dem sich bei sperrend angesteuertem Bauelement eine Raumladungszone (depletion zone, Verarmungszone) in der Driftzone a pn junction is formed, from which when the component is a space charge region (depletion zone, depletion zone) in the drift region 11 11 ausbreiten kann. can spread. Diese Bodyzone This Body Zone 12 12 ist ebenfalls in der ersten lateralen Richtung x beabstandet zu der Drainzone is also in the first lateral direction x at a distance from the drain region 14 14 angeordnet. arranged.
  • [0059] [0059]
    Zur Steuerung eines Inversionskanals For controlling an inversion channel 15 15 in der Bodyzone in the body zone 12 12 zwischen der Sourcezone between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 ist eine Gateelektrode is a gate electrode 21 21 vorhanden, die mittels eines Gatedielektrikums present, by means of a gate dielectric 22 22 isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper insulated from the semiconductor body 100 100 angeordnet ist. is arranged. Diese Gateelektrode This gate electrode 21 21 ist benachbart zu der Bodyzone is adjacent to the body zone 12 12 angeordnet und erstreckt sich von der Sourcezone and extends from the source region 13 13 bis zu der Driftzone up to the drift region 11 11 . , Bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gateelektrode Upon application of a suitable driving potential to the gate electrode 21 21 bildet sich in der Bodyzone formed in the body zone 12 12 ein Inversionskanal entlang des Gatedielektrikums an inversion channel along the gate dielectric 22 22 zwischen der Sourcezone between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 aus. from.
  • [0060] [0060]
    Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 ist in dem dargestellten Beispiel oberhalb der Vorderseite is in the example shown above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 angeordnet, so dass der Inversionskanal arranged such that the inversion channel 15 15 in der Bodyzone in the body zone 12 12 in der ersten lateralen Richtung x entlang der Vorderseite in the first lateral direction x along the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 verläuft. runs. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Gateelektrode in der perspektivischen Darstellung in For clarity, this gate electrode is in the perspective view in 1D 1D nicht eingezeichnet. not shown.
  • [0061] [0061]
    Die Sourcezone The source region 13 13 ist durch eine Sourceelektrode is characterized by a source electrode 31 31 und die Drainzone and the drain region 14 14 ist durch eine Drainelektrode is characterized by a drain electrode 32 32 kontaktiert, die in dem Beispiel jeweils oberhalb der Vorderseite angeordnet sind und deren Position bezogen auf die einzelnen Halbleiterzonen in contacts, which are arranged in the example above each of the front and their position relative to the individual semiconductor zones in 1A 1A durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. is shown by dotted lines. Die Sourceelektrode The source electrode 31 31 kontaktiert dabei zusätzlich die Bodyzone additionally contacted the body zone 12 12 , um dadurch die Sourcezone To thereby form the source region 13 13 und die Bodyzone and the body region 12 12 kurzzuschließen. short-circuited.
  • [0062] [0062]
    Die Sourcezone The source region 13 13 , die Bodyzone , The body zone 12 12 und die Drainzone and the drain region 14 14 sind in dem Beispiel in einer eine n-Grunddotierung aufweisenden Halbleiterschicht in the example in an n-type basic doping having semiconductor layer 104 104 angeordnet und erstrecken sich bezugnehmend auf and extend referring to 1A 1A streifenförmig in einer senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x verlaufenden zweiten lateralen Richtung y. strip-shaped in a direction perpendicular to the first lateral direction x extending second lateral direction y. Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 und die Source- und Drainelektroden and the source and drain electrodes 31 31 , . 32 32 verlaufen ebenfalls streifenförmig in der zweiten lateralen Richtung y. also run a strip shape in the second lateral direction y.
  • [0063] [0063]
    Der Leistungs-MOSFET umfasst mehrere Driftsteuerzonen The power MOSFET has several drift control zones 41 41 aus einem dotierten oder undotierten Halbleitermaterial, die benachbart zu der Driftzone of a doped or undoped semiconductor material, adjacent to the drift region 11 11 in dem Halbleiterkörper in the semiconductor body 104 104 angeordnet sind und die durch eine erste Dielektrikumsschicht gegenüber der Driftzone are arranged, and by a first dielectric layer over the drift region 11 11 isoliert sind. are isolated. Der Bereich dieser Dielektrikumsschicht, der unmittelbar zwischen der Driftzone The scope of this dielectric layer, the immediately between the drift region 11 11 und der Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 angeordnet ist, wird nachfolgend als Akkumulationsdielektrikum is disposed, is hereinafter referred to as accumulation dielectric 51 51 bezeichnet. referred to. Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind jeweils solche Zonen, die sich in einer Richtung senkrecht zur Fläche des Akkumulationsdielektrikums each of these zones in a direction perpendicular to the surface of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 an das Akkumulationsdielektrikum to the accumulation 51 51 anschließen und die somit in einer noch zu erläuternden Weise geeignet sind, einen Akkumulationskanal in der Driftzone Connect and thus are suitable in a manner to be explained, an accumulation channel in the drift region 11 11 zu steuern. to control.
  • [0064] [0064]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind an die Drainzone are connected to the drain region 14 14 gekoppelt, was in dem dargestellten Beispiel dadurch erreicht wird, dass die Driftsteuerzonen coupled, which is achieved in the illustrated example, the fact that the drift control zones 41 41 über Anschlusszonen via connecting zones 42 42 , die vom gleichen Leitungstyp wie die Driftsteuerzonen That the same conductivity type as the drift control zones 41 41 , jedoch höher als diese dotiert sind, an die Drainelektrode , But higher than this are doped, to the drain electrode 32 32 angeschlossen sind. are connected. Die Anschlusszonen The connection zones 42 42 bewirken hierbei einen niederohmigen Anschlusskontakt zwischen den Driftsteuerzonen this effect a low-resistance connection contact between the drift control zones 41 41 und der Drainelektrode and the drain electrode 32 32 . ,
  • [0065] [0065]
    In noch zu erläuternder Weise können die Driftsteuerzonen In still to be explained, the drift control zones can 41 41 jeweils über eine Diode an die Drainelektrode in each case via a diode to the drain electrode 32 32 angeschlossen sein. be connected. Diese Diode ist bei einem n-Kanal-MOSFET von der Drainelektrode This diode is in an n-channel MOSFET from the drain electrode 32 32 zu der Driftsteuerzone to the drift control zone 41 41 in Flussrichtung gepolt und kann bezugnehmend auf forward-biased and can reference to 1C 1C durch einen pn-Übergang zwischen der Driftsteuerzone by a pn junction between the drift control region 41 41 und einer komplementär zu der Driftsteuerzone and complementary to the drift control region 41 41 dotierten Anschlusszone doped connection zone 43 43 ge bildet sein. ge its forms. Die Drainelektrode The drain electrode 32 32 kontaktiert hierbei die komplementär dotierte Anschlusszone contacted this complementary doped connection zone 43 43 . , Optional kann die komplementär dotierte Anschlusszone Optionally, the complementary doped connection zone 43 43 in einer in in an in 1C 1C dargestellten Weise in die Anschlusszone way in the contiguous zone shown 42 42 desselben Leitungstyps wie die Driftsteuerzone eingebettet sein, wobei der pn-Übergang in diesem Fall zwischen den beiden Anschlusszonen of the same conductivity type as the drift control region to be embedded, wherein the pn-junction in this case, between the two connection zones 42 42 , . 43 43 gebildet ist. is formed.
  • [0066] [0066]
    Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Driftsteuerzone In an alternative embodiment, the drift control zone is 41 41 vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone of the same conductivity type as the body region 12 12 , aber niedriger als diese dotiert oder gar undotiert. But a lower salary than this or even undoped.
  • [0067] [0067]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 besitzen in dem Beispiel eine plattenförmige bzw. streifenförmige Geometrie und sind in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zueinander und jeweils benachbart zu Abschnitten der Driftzone have in the example, a plate-shaped or strip-shaped geometry and is in the second lateral direction y distance from one another and respectively adjacent to portions of the drift region 11 11 angeordnet. arranged. In der zweiten lateralen Richtung ist hierbei eine Schichtstruktur bzw. Plattenstruktur vorhanden, in der sich Driftzonen In the second lateral direction in this case a layer structure or plate structure is present, in which drift zones 11 11 und Driftsteuerzonen and drift control zones 41 41 jeweils getrennt durch ein Akkumulationsdielektrikum abwechseln. each separated by an alternate accumulation dielectric.
  • [0068] [0068]
    In vertikaler Richtung v des Halbleiterkörpers V in the vertical direction of the semiconductor body 100 100 erstrecken sich die Driftsteuerzonen extend the drift control zones 14 14 ausgehend von der Vorderseite starting from the front 101 101 in den Halbleiterkörper in the semiconductor body 100 100 hinein, und reichen in dem dargestellten Beispiel bis an das Halbleitersubstrat in, and rich in the example shown up to the semiconductor substrate 103 103 gegenüber dem sie durch eine weitere Isolationsschicht against which they by a further insulating layer 52 52 , beispielsweise eine Oxidschicht, isoliert sind. Such as an oxide layer, are isolated. Das Substrat The substrate 103 103 ist dabei von einem zum Leitfähigkeitstyp der Driftzone is from one to the conductivity type of the drift region 11 11 komplementären Leitfähigkeitstyp. complementary conductivity type. In der ersten lateralen Richtung x erstrecken sich die Driftsteuerzonen ausgehend von der Drainzone In the first lateral direction x, the drift control zones extend starting from the drain region 14 14 , an die sie elektrisch gekoppelt sind, in Richtung der Bodyzone To which they are electrically coupled, in the direction of the body zone 12 12 . , Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 können in der ersten lateralen Richtung x hierbei vor der Bodyzone can in the first lateral direction x in this case before the body zone 12 12 enden oder können sich in dieser Richtung bis in die Bodyzone end or can in this direction into the body zone 12 12 hinein erstrecken (nicht dargestellt). extend into (not shown).
  • [0069] [0069]
    In noch näher zu erläuternder Weise dienen die Driftsteuerzonen In more detail to be explained, the drift control zones serve 14 14 bei leitend angesteuertem Bauelement zur Steuerung eines Akkumulationskanals in der Driftzone when the component for controlling an accumulation channel in the drift region 11 11 entlag des Akkumulationsdielektrikums entlag of Akkumulationsdielektrikums 51 51 . , Vorzugsweise sind die Driftsteuerzonen Preferably, the drift control regions 41 41 so ausgebildet, dass sie möglichst nahe bis an den Bereich heranreichen, in dem der durch die Gateelektrode designed so that they come close as possible to the area where the by the gate electrode 21 21 gesteuerte Inversionskanal controlled inversion channel 15 15 ( ( 1A 1A ) der Bodyzone ) The body zone 12 12 in die Driftzone in the drift region 11 11 übergeht. passes over. Dieser Inversionskanal This inversion channel 15 15 bildet sich bei dem Bauelement gemäß formed when the component in accordance 1 1 unterhalb der Vorderseite below the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 aus, die Driftsteuerzonen reichen daher in vertikaler Richtung v bis an die Vorderseite from the drift control regions therefore rich in the vertical direction v to the front 101 101 und in der ersten lateralen Richtung x annähernd bis an die Bodyzone and in the first lateral direction x approximately to the body zone 12 12 . ,
  • [0070] [0070]
    Der Inversionskanal The inversion channel 15 15 und ein sich entlang des Akkumulationsdielektrikums and along the Akkumulationsdielektrikums 51 51 einer Driftsteuerzone a drift control zone 41 41 in der Driftzone in the drift region 11 11 ausbildende Akkumulationskanal, der in forming accumulation channel in 1A 1A mit dem Bezugszeichen by the reference numeral 16 16 bezeichnet ist, verlaufen jeweils um 90° gegeneinander verdreht. is called, each run by 90 ° counterclockwise twist. Der Inversionskanal The inversion channel 15 15 breitet sich entlang der Vorderseite propagates along the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 aus, während sich die Akkumulationskanäle , while the accumulation channels 16 16 entlang der in vertikaler Richtung verlaufenden "Seitenwände" der Driftsteuerzonen along the extending direction in the vertical "side walls" of the drift control zones 41 41 an dem Akkumulationsdielektrikum in der Driftzone to the accumulation dielectric in the drift region 11 11 ausbilden. form.
  • [0071] [0071]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 bestehen aus einem dotierten oder undotierten, vorzugsweise einkristallinen, Halbleitermaterial, das vom gleichen Leitungstyp wie die Dotierung der Driftzone consist of a doped or undoped, preferably monocrystalline semiconductor material of the same conductivity type as the doping of the drift region 11 11 oder von einem zu dieser Dotierung komplementären Leitungstyp sein kann. or can be of a complementary doping to this line type. Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 weist in der Richtung, in der die Driftsteuerzone has, in the direction in which the drift control zone 41 41 und die Driftzone and the drift region 11 11 parallel zueinander zwischen der Drainzone parallel between the drain region 14 14 und der Bodyzone and the body zone 12 12 verlaufen – dh in run - ie in 1 1 in der ersten lateralen Richtung x – vorzugsweise denselben Dotierungsverlauf auf, wie der sich in dieser Richtung über denselben Bereich wie die Driftsteuerzone in the first lateral direction x - preferably the same doping profile on how in this direction over the same range as the drift control zone 41 41 erstreckende Abschnitt der Driftzone extending portion of the drift region 11 11 . ,
  • [0072] [0072]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind derart dotiert, dass für jede der Driftsteuerzonen are doped such that for each of the drift control zones 41 41 ein Quotient aus der Netto-Dotierstoffladung der Driftsteuerzone a quotient of the net dopant charge of the drift control zone 41 41 und aus der Fläche des des Akkumulationsdielektrikums and from the area of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 kleiner ist als die Durchbruchsladung des Halbleitermaterials der Driftsteuerzone is smaller than the breakdown charge of the semiconductor material of the drift control zone 41 41 . , Die Netto-Dotierstoffladung bezeichnet dabei das Integral der Netto-Dotierstoffkonzentration der Driftsteuerzone The net dopant charge denotes the integral of the net dopant concentration of the drift control region 41 41 bezogen auf das Volumen der Driftsteuerzone based on the volume of the drift control zone 41 41 . ,
  • [0073] [0073]
    Für die Ermittlung dieses Quotienten ist dabei nur die Fläche des Akkumulationsdielektrikums It is for the determination of this ratio only the surface of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 heranzuziehen, die unmittelbar zwischen der Driftsteuerzone to use, directly between the drift control zone 41 41 und der Driftzone and the drift region 11 11 liegt, wobei für den in is, in the 1 1 dargestellten Fall, bei dem eine Driftsteuerzone case illustrated in which a drift control region 41 41 in der zweiten lateralen Richtung y von beiden Seiten – getrennt durch das Akkumulationsdielektrikum in the second lateral direction y from both sides - separated by the accumulation 51 51 – an die Driftzone - The drift region 11 11 angrenzt, die Fläche des Akkumulationsdielektrikums adjacent, the surface of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 auf beiden Seiten der Driftsteuerzone on both sides of the drift control zone 41 41 für die Ermittlung des Quotienten heranzuziehen ist. The criteria used to determine the quotient.
  • [0074] [0074]
    Zur weiteren Erläuterung sei nachfolgend eine der in For further explanation, it is one of the following in 1 1 dargestellten Driftsteuerzonen drift control zones shown 41 41 betrachtet, die in der zweiten lateralen Richtung y nach zwei Seiten und in Richtung der Bodyzone considered that in the second lateral direction y on two sides and toward the body zone 12 12 von der das Akkumulationsdielektrikum bildenden Dielektrikumsschicht from the accumulation forming dielectric 51 51 begrenzt sind. are limited. Zu Zwecken der Erläuterung sei nachfolgend außerdem der Spezialfall angenommen, dass die Driftsteuerzonen For purposes of explanation hereinafter is also the special case assumed that the drift control zones 41 41 jeweils homogen dotiert und vom gleichen Leitungstyp wie die Drainzone each homogeneously doped and of the same conductivity type as the drain region 14 14 sind und dass die Fläche eines Abschnitts and that the area of a portion 54 54 der Dielektrikumsschicht the dielectric 51 51 , der die Driftsteuerzone That the drift control zone 41 41 in Richtung der Bodyzone towards the body zone 12 12 begrenzt, klein ist im Vergleich zu "Seitenflächen" der Dielektrikumsschicht limited, small compared to "faces" of the dielectric 51 51 , die die Driftsteuerzone The drift control zone 41 41 in der zweiten lateralen Richtung y von der Driftzone in the second lateral direction y of the drift region 11 11 trennen. separate tags. Für diesen Spezialfall ist die zuvor angegebene Dotiervorschrift gleichbedeutend damit, dass das Integral der ionisierten Dotierstoffkonzentration der Driftsteuerzone For this special case, the previously mentioned Dotiervorschrift is equivalent to saying that the integral of the ionized dopant concentration of the drift control region 41 41 in einer Richtung r (die in dem Beispiel der zweiten lateralen Richtung y entspricht) senkrecht zu der Dielektrikumsschicht in a direction R (corresponding to the example in the second lateral direction y) perpendicular to the dielectric layer 51 51 und betrachtet über die gesamte Abmessung der Driftsteuerzone and viewed over the entire dimension of the drift control zone 41 41 kleiner ist als der zweifache Wert der Durchbruchsladung des Halbleitermaterials der Driftsteuerzone is less than twice the value of the breakdown charge of the semiconductor material of the drift control zone 41 41 . , Für Silizium als Halbleitermaterial beträgt diese Durchbruchsladung etwa 1,2·10 12 e/cm 2 , wobei e die Elementarladung bezeichnet. Silicon as the semiconductor material for this breakdown charge is about 1.2 x 10 12 e / cm 2, where e is the elementary charge.
  • [0075] [0075]
    Betrachtet man eine nicht näher dargestellte homogen dotierte Driftsteuerzone, an die sich nur an einer Seite eine Driftzone anschließt, die durch ein Akkumulationsdielektrikum von der Driftsteuerzone getrennt ist, so gilt für diese Driftsteuerzone, dass das Integral der Dotierstoffkonzentration in der Richtung senkrecht zu der Dielektrikumsschicht kleiner ist als der einfache Wert der Durchbruchsladung. Looking at a non-illustrated homogeneously doped drift control region, which is followed by a drift region on one side only, which is separated by an accumulation dielectric of the drift control zone, then for this drift control region, that the integral of the dopant concentration in the direction perpendicular less to the dielectric layer than the simple value of the breakdown charge.
  • [0076] [0076]
    Die Einhaltung der zuvor erläuterten Dotiervorschrift für die Driftsteuerzone Compliance with the aforementioned Dotiervorschrift for drift control region 41 41 bewirkt, dass sich in der Driftsteuerzone causes in the drift control zone 41 41 in Richtung der Dielektrikumsschicht in the direction of the dielectric 51 51 unabhängig von einem in der Driftzone independently of one in the drift region 11 11 vorhandenen elektrischen Potential ein elektrisches Feld aufbauen kann, dessen Feldstärke allerdings stets unter der Durchbruchsfeldstärke des Halbleitermaterials der Driftsteuerzone existing electric potential, an electric field is produced whose field strength but always under the breakdown field strength of the semiconductor material of the drift control zone 41 41 liegt. is located.
  • [0077] [0077]
    Vorzugsweise bestehen die Driftsteuerzonen Preferably, the drift control zones exist 41 41 aus demselben Halbleitermaterial wie die Driftzone of the same semiconductor material as the drift region 11 11 und besitzen die gleiche Dotierungskonzentration, wobei deren Abmessungen insbesondere in der zweiten lateralen Richtung y so gewählt sind, dass die oben angegebene Bedingung bezüglich der Netto-Dotierstoffladung bezogen auf die Fläche der Dielektrikumsschicht and have the same doping concentration, wherein the dimensions of which are chosen in particular in the second lateral direction Y so that the above mentioned condition with respect to the relative net dopant charge on the surface of the dielectric layer 51 51 erfüllt ist. is fulfilled.
  • [0078] [0078]
    Die Funktionsweise des erläuterten lateralen Leistungs-MOSFET wird nachfolgend zunächst für eine leitende Ansteuerung und anschließend für eine sperrende Ansteuerung des Bauelements erläutert. The operation of the described lateral power MOSFET will now be explained first for a senior driving and then for a blocking activation of the device.
  • [0079] [0079]
    Der MOSFET ist leitend angesteuert bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gateelektrode The MOSFET is conductive is controlled upon application of a suitable driving potential to the gate electrode 21 21 und durch Anlegen einer geeigneten – im Fall eines n-Kanal-MOSFET positiven – Spannung zwischen Drainzone and by applying an appropriate - in the case of an n-channel MOSFET positive - voltage between the drain zone 14 14 und Sourcezone and source region 12 12 bzw. zwischen Drainelektrode or between the drain electrode 32 32 und Sourceelektrode and source electrode 31 31 . , Für einen p-Kanal-MOSFET sind die Spannungen bzw. Potentiale entsprechend zu invertieren. For a p-channel MOSFET, the voltages or potentials are to be inverted accordingly. Das elektrische Potential der Driftsteuerzonen The electric potential of the drift control zones 41 41 , die an die Drainelektrode Applied to the drain electrode 32 32 angeschlossen sind, folgt hierbei dem elektrischen Potential der Drainzone are connected, in this case follows the electric potential of the drain region 14 14 , wobei das elektrische Potential der Driftsteuerzone Wherein the electric potential of the drift control region 41 41 um den Wert der Durchlassspannung eines pn-Übergangs geringer sein kann als das Potential der Drainzone may be reduced by the value of the forward voltage of a pn junction as the potential of the drain region 14 14 , wenn die Driftsteuerzone If the drift control region 41 41 über einen pn-Übergang an die Drainzone a pn junction to the drain region 14 14 angeschlossen ist. is connected.
  • [0080] [0080]
    Bedingt durch einen unvermeidlich vorhandenen elektrischen Widerstand der Driftzone Due to an unavoidable existing electrical resistance of the drift region 11 11 nimmt bei leitend angesteuertem Bauelement das elektrische Potential in der Driftzone takes when the component is the electric potential in the drift region 11 11 in Richtung der Body-Zone towards the body zone 12 12 ab. from. Die an die Drainelektrode The to the drain electrode 32 32 angeschlossene Driftsteuerzone connected drift control region 41 41 liegt dadurch auf einem höheren Potential als die Driftzone is thereby at a higher potential than the drift region 11 11 , wobei die über dem Akkumulationsdielektrikum Wherein the above accumulation dielectric 51 51 anliegende Potentialdifferenz mit zunehmendem Abstand von der Drainzone applied potential difference increases with increasing distance from the drain region 14 14 in Richtung der Bodyzone towards the body zone 12 12 zunimmt. increases. Diese Potentialdifferenz bewirkt, dass in der Driftzone This potential difference causes in the drift region 11 11 benachbart zu dem Akkumulationsdielektrikum adjacent to the accumulation dielectric 51 51 eine Akkumulationszone bzw. ein Akkumulationskanal entsteht, in der/dem Ladungsträger akkumuliert werden. an accumulation zone or an accumulation channel is formed in which / the charge is accumulated. Diese Ladungsträger sind Elektronen, wenn die Driftsteuerzone These charge carriers are electrons if the drift control region 41 41 – wie in dem Beispiel – auf einem höheren elektrischen Potential als die Driftzone - As in the example - at a higher electrical potential than the drift region 11 11 liegt, und im umgekehrten Fall Löcher. is located, and in the reverse case holes. Der Akkumulationskanal bewirkt eine Reduktion des Einschaltwiderstandes des Bauelements im Vergleich zu einem herkömmlichen Bauelement, das eine entsprechend der Driftzone The accumulation channel causes a reduction of the on resistance of the device compared to a conventional device, the one corresponding to the drift region 11 11 dotierte Driftzone jedoch keine Driftsteuerzone aufweist. doped drift region but has no drift control region.
  • [0081] [0081]
    Die bei dem Bauelement erreichte Akkumulationswirkung ist außer von der Spannungsdifferenz zwischen der Driftsteuerzone The results in the accumulation device is out of action on the voltage difference between the drift control zone 41 41 und der Driftzone and the drift region 11 11 von der Dicke (d in of the thickness (d in 1A 1A ) des Akkumulationsdielektrikum ) Of the accumulation dielectric 51 51 in der zweiten lateralen Richtung y und von dessen (relativer) Dielektrizitätskonstante abhängig. depending in the second lateral direction y and of its (relative) dielectric constant. Die Akkumulationswirkung verstärkt sich hierbei mit abnehmender Dicke d diese Akkumulationsdielektrikums The accumulation of this effect increases with decreasing thickness d this Akkumulationsdielektrikums 51 51 und mit zunehmender Dielektrizitätskonstante. and with increasing dielectric constant. Eine minimal mögliche Dicke dieses Dielektrikums ergibt sich bei leitend angesteuertem Bauelement aus einer maximal vorhandenen Potentialdifferenz zwischen der Driftsteuerzone A minimum possible thickness of this dielectric arises when the component from a maximum potential difference existing between the drift control zone 41 41 und der Driftzone and the drift region 11 11 und damit aus der maximalen dauerhaften Feldstärkebelastung des Akkumulationsdielektrikums. and thus from the maximum field strength permanent load of Akkumulationsdielektrikums.
  • [0082] [0082]
    Als Material des Akkumulationsdielektrikums As the material of Akkumulationsdielektrikums 51 51 eignet sich beispielsweise ein Halbleiteroxid des zur Realisierung der Driftzone suitable, for example, a semiconductor oxide of the realization of the drift region 11 11 oder der Driftsteuerzone or drift control region 41 41 verwendeten Halbleitermaterials, beispielsweise Silizium. semiconductor material used, for example silicon. Bei typischen dauerhaften Spannungsbelastungen des Akkumulationsdielektrikums In typical permanent voltage stresses of Akkumulationsdielektrikums 51 51 von deutlich unter etwa 100V, beispielsweise zwischen 5V bis 20V, und bei Verwendung von Siliziumoxid als Akkumulationsdielektrikum significantly below about 100V, for example between 5V to 20V, and the use of silicon as accumulation dielectric 51 51 ist die Dicke d des Dielektrikums the thickness d of the dielectric 51 51 kleiner als etwa 500nm und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 25nm bis etwa 150nm. less than about 500 nm and is preferably in the range of about 25nm to about 150nm.
  • [0083] [0083]
    Das Bauelement ist sperrend angesteuert, wenn kein geeignetes Ansteuerpotential an der Gateelektrode The device is driven in the off when no suitable driving potential to the gate electrode 21 21 anliegt und wenn eine – im Fall eines n-Kanal-MOSFET positive – Drain-Source-Spannung, dh eine – im Fall eines n-Kanal-MOSFET positive – Spannung zwischen der Drainzone is present and when an - in the case of an n-channel MOSFET positive - drain-source voltage, that is, a - in the case of an n-channel MOSFET positive - voltage between the drain region 14 14 und Sourcezone and source region 13 13 anliegt. is applied. Der pn-Übergang zwischen der Driftzone The pn junction between the drift region 11 11 und der Bodyzone and the body zone 12 12 ist dadurch in Sperrrichtung gepolt, so dass sich in der Driftzone is thus reverse biased, so that in the drift region 11 11 ausgehend von diesem pn-Übergang in Richtung der Drainzone Starting from this pn-junction in the direction of the drain zone 14 14 eine Raumladungszone ausbildet. a space charge zone is formed. Die anliegende Sperrspannung wird dabei in der Driftzone Blocking the applied voltage is in the drift region 11 11 abgebaut, dh die über der Driftzone degraded, that is, the drift region above the 11 11 anliegende Spannung entspricht annähernd der anliegenden Sperrspannung. applied voltage is approximately equal to the applied reverse voltage.
  • [0084] [0084]
    Bedingt durch die sich in der Driftzone Due to the in the drift region 11 11 ausbreitende Raumladungszone breitet sich im Sperrfall auch in der Driftsteuerzone propagating space charge zone propagates in the blocking case in the drift control region 41 41 des Bauelements eine Raumladungszone aus, die im wesentlichen durch die geringe Dotierungskonzentration der Driftsteuerzone bedingt ist, die sich bei Einhaltung der oben angegebenen Dotierungsvorschrift für die Driftsteuerzone of the component a space charge region, which is essentially due to the low doping concentration of the drift control region, which is in compliance with the above funding requirement for the drift control zone 41 41 ergibt. results. Der Spannungsabfall an dem Akkumulationsdielektrikum The voltage drop across the accumulation dielectric 51 51 ist dabei auf einen oberen Maximalwert begrenzt, der nachfolgend hergeleitet wird. is limited to an upper maximum value, which is derived below.
  • [0085] [0085]
    Das Akkumulationsdielektrikum The accumulation 51 51 mit seiner Dicke d Akku bildet zusammen mit der Driftsteuerzone with its thickness d battery together with the drift control region 41 41 und der Driftzone and the drift region 11 11 eine Kapazität, für deren flächenbezogenen Kapazitätsbetrag C' gilt. a capacity for the area-related amount of capacitance C 'is true. C' = ε 0 ε r /d Akku (1) C '= ε 0 ε r / d battery (1) ε 0 bezeichnet dabei die Dielektrizitätskonstante für das Vakuum und ε r bezeichnet die relative Dielektrizitätskonstante des verwendeten Dielektrikums, die für Siliziumoxid (SiO 2 ) etwa 4 beträgt. ε 0 denotes the dielectric constant of the vacuum and ε r is the relative permittivity of the dielectric used, the amounts of silicon oxide (SiO 2) about 4.
  • [0086] [0086]
    Die Spannung über dem Dielektrikum The voltage across the dielectric 51 51 ist in bekannter Weise gemäß according to a known manner U = Q'/C' (2) U = Q '/ C' (2) abhängig von der gespeicherten Ladung, wobei Q' die auf die Fläche des Dielektrikums depends on the stored charge, wherein Q 'on the surface of the dielectric 51 51 bezogene gespeicherte Ladung bezeichnet. related charge stored respectively.
  • [0087] [0087]
    Die durch diese Kapazität speicherbare Ladung ist durch die Netto-Dotierstoffladung der Driftsteuerzone The storable by this capacity charge is determined by the net dopant charge of the drift control zone 41 41 begrenzt. limited. Unter der Annahme, dass die auf die Fläche des Dielektrikums bezogene Netto-Dotierstoffladung der Driftsteuerzone Assuming that, as to the surface of the dielectric net dopant charge of the drift control zone 41 41 kleiner ist als die Durchbruchsladung Q Br gilt für die über dem Dielektrikum is smaller than the breakdown charge Q Br applies to the above the dielectric 51 51 anliegende Spannung U: voltage U:
  • [0088] [0088]
    Die maximal über dem Dielektrizitätskonstante The maximum above the dielectric constant 51 51 anliegende Spannung steigt also mit dessen Dicke d Akku linear und damit in erster Näherung etwa genauso stark an, wie seine Spannungsfestigkeit. therefore applied voltage increases with the thickness d battery-linear, in a first approximation about as strong as its dielectric strength. Für SiO 2 mit einem ε r von etwa 4 und 100nm Dicke ergibt sich eine maximale Spannungsbelastung U von 6,8V, die deutlich unter der zulässigen Dauerbelastung eines solchen Oxids von etwa 20V liegt. For SiO 2 with ε r of about 4 and 100 nm thickness results in a maximum voltage stress U of 6.8V, which is well below the permissible exposure duration of such an oxide of about 20V. Die Durchbruchsladung von Silizium liegt dabei etwa bei 1,2·10 12 /cm 2 . The breakdown charge of silicon is placed at about 1.2 x 10 12 / cm 2.
  • [0089] [0089]
    Im Sperrfall baut sich in der Driftsteuerzone In the blocking case builds in the drift control zone 41 41 damit eine Raumladungszone auf, deren Potentialverlauf sich von dem Potentialverlauf der Driftzone so that a space charge zone on whose potential curve from the curve of potential of the drift region 11 11 maximal um den Wert der über dem Dielektrikum maximum to the value of the over the dielectric 51 51 anliegenden, durch die niedrige Dotierung der Driftsteuerzone begrenzten Spannung unterscheiden kann. applied, can differ in the low doping of the drift control zone limited voltage. Die Spannung über dem Akkumulationsdielektrikum The voltage across the accumulation dielectric 51 51 ist dabei stets geringer als dessen Durchbruchsspannung. is always less than its breakdown voltage.
  • [0090] [0090]
    Die Spannungsfestigkeit des Bauelements ist maßgeblich bestimmt durch die Dotierungskonzentration der Driftzone The dielectric strength of the component is largely determined by the doping concentration of the drift region 11 11 und durch deren Abmessungen in der Richtung, in der sich die Raumladungszone ausbreitet, dh der ersten lateralen Richtung x bei dem Bauelement gemäß and whose dimensions in the direction in which propagates the space charge zone, ie, the first lateral direction in the device according x 1 1 . , Diese Abmessung wird nachfolgend als "Länge" der Driftzone This dimension is referred to as "length" of the drift region 11 11 bezeichnet. referred to. Die Spannungsfestigkeit ist hierbei bei genügend schwacher Dotierung um so größer, je größer diese Länge ist und ist annähernd linear von dieser Länge abhängig, wobei bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial eine Länge von etwa 10μm bei einer gewünschten Spannungsfestigkeit von 100V benötigt wird. The dielectric strength here is the greater, the greater this length is at sufficiently low doping and is approximately linear function of this length, the use of silicon as a semiconductor material has a length of about 10 microns is required for a desired voltage rating of 100V. Die Spannungsfestigkeit nimmt wiederum mit zunehmender Dotierung der Driftzone The tension strength decreases again with increasing doping of the drift region 11 11 ab. from.
  • [0091] [0091]
    Der Einschaltwiderstand des erfindungsgemäßen Bauelements ist von der Ausbildung des Akkumulationskanals abhängig und nur in geringem Maß von der Dotierungskonzentration der Driftzone The on-resistance of the device according to the invention is dependent on the formation of the accumulation channel and only to a small extent on the doping concentration of the drift region 11 11 abhängig. dependent. Die Driftzone The drift region 11 11 kann bei dem erfindungsgemäßen Bauelement zugunsten einer hohen Spannungsfestigkeit niedrig dotiert werden, während ein niedriger Einschaltwiderstand dank des durch die Driftsteuerzone can be doped low in the inventive device in favor of a high dielectric strength, while a low on-resistance thanks to the drift control region 41 41 gesteuerten Akkumulationskanals erreicht wird. controlled accumulation channel is achieved.
  • [0092] [0092]
    Die maximale Dotierstoffkonzentration N in der Driftzone The maximum dopant concentration in the N drift region 11 11 hängt dabei von der zu sperrenden Spannung U max und der kritischen elektrischen Feldstärke E krit ab, bei der im Halbleitermaterial im Sperrfall der Durchbruch wegen Lawinenmultiplikation (Avalanche Durchbruch) einsetzt und welche bei Silizium etwa bei 200kV/cm liegt. depends on the voltage U to be locked up and the critical electric field strength E crit from where in the semiconductor material in the blocking case of breakdown due to avalanche multiplication (avalanche breakdown) and indicate the silicon is approximately at 200 kV / cm. Für einseitig abrupte pn-Übergänge gilt folgende Beziehung zwischen Dotierung und Sperrspannung: For one-sided abrupt pn junctions following relationship between doping and blocking voltage is:
  • [0093] [0093]
    Für Silizium-Bauelemente mit 600V Sperrfähigkeit muss die Donator- bzw. Akzeptordotierung N der Driftzone For silicon devices with 600V blocking capability of the donor or acceptor has N of the drift region 11 11 also unter etwa 2·10 14 /cm 3 liegen. ie below about 2 x 10 14 / cm 3.
  • [0094] [0094]
    Da die Spannungsbelastung des Akkumulationsdielektrikums Since the voltage stress on the Akkumulationsdielektrikums 51 51 aus den zuvor erläuterten Gründen stets unter der maximal zulässigen Spannungsbelastung des Akkumulationsdielektrikums of the reasons explained above always below the maximum allowable voltage stress of Akkumulationsdielektrikums 51 51 liegt, begrenzt das Akkumulationsdielektrikum is limited the accumulation 51 51 bei den zuvor angegebenen typischen Dimensionierungen die Spannungsfestigkeit des Bauelements – anders als bei bekannten Feldplattenbauelementen – nicht. in the typical dimensions given above, the dielectric strength of the device - in contrast to known field plate components - not.
  • [0095] [0095]
    Bei dem zuvor anhand der In the above on the basis of 1A 1A bis to 1D 1D erläuterten Bauelement, sind die Driftsteuerzonen explained component, the drift control regions 41 41 ausschließlich an die Drainzone exclusively to the drain region 14 14 angeschlossen. connected. Bei sperrend angesteuertem Bauelement können in den Driftsteuerzonen When the component can be used in the drift control zones 41 41 , die in dem Beispiel n-dotiert sind, bedingt durch eine thermische Generati on von Elektronen-Loch-Paaren Löcher akkumuliert werden, die nicht abfließen können. That are in the example n-doped, conditionally on by a thermal Generati of electron-hole pairs are accumulated holes, which could not flow. Über der Zeit kann eine dadurch akkumulierte Ladungsmenge so weit ansteigen, dass die maximal zulässige Feldstärke des Akkumulationsdielektrikums Over time, an amount of charge accumulated by rise so far that the maximum field strength of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 erreicht wird und diese Dielektrikum is achieved, and this dielectric 51 51 durchbricht. breaks through.
  • [0096] [0096]
    Bezugnehmend auf Referring to 2 2 , die eine Abwandlung des Bauelements gemäß Which according to a modification of the component 1 1 zeigt, kann dies dadurch vermieden werden, dass das Akkumulationsdielektrikum shows, this can be avoided by the fact that the accumulation 51 51 abschnittsweise als Tunneldielektrikum sections as a tunnel dielectric 53 53 ausgebildet ist, welches einen Abfluss der akkumulierten Ladungsträger in die Driftzone is formed, which has a discharge of the accumulated charge carriers in the drift region 11 11 ermöglicht, sobald die Durchbruchfeldstärke des Tunneldielektrikums possible once the breakdown field strength of the tunnel dielectric 53 53 erreicht ist und noch bevor die Durchbruchfeldstärke des übrigen Akkumulationsdielektrikums is reached and before the breakdown field strength of the other Akkumulationsdielektrikums 51 51 erreicht ist. is reached. Bei dem in In the in 2 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Tunneldielektrikum illustrated embodiment, the tunnel dielectric 53 53 im Bereich des der Bodyzone in the area of the body zone 12 12 zugewandten Endes der Driftsteuerzonen end facing the drift control zones 41 41 angeordnet. arranged.
  • [0097] [0097]
    Als Tunneldielektrikum eignen sich beispielsweise Schichten aus Siliziumoxid (SiO 2 ) oder Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ) oder auch mehrlagige Schichten aus Siliziumoxid und Siliziumnitrid. As a tunnel dielectric, for example, layers of silicon are (SiO 2) or silicon nitride (Si 3 N 4) or multi layers of silicon oxide and silicon nitride. Ebenfalls möglich sind Misch-Dielektrika aus Silizium, Sauerstoff und Stickstoff. Also possible are mixed dielectrics made of silicon, oxygen and nitrogen. Typische Tunnel-Durchbruchsfeldstärken liegen im Bereich von 1...2V/nm. Typical tunnel breakdown field strengths in the range of 1 ... 2 V / nm. Für ein Tunneloxid For a tunnel 53 53 mit einer Dicke von 13nm ergeben sich dadurch maximale Spannungen von 13...26V, die oberhalb der während des normalen Sperrbetriebs an dem Akkumulationsdielektrikum with a thickness of 13 nm arise from the fact maximum voltages of 13 ... 26V, the above normal during the locking operation of the accumulation dielectric 51 51 anliegenden Spannung liegt und die von einem Akkumulationsdielektrikum and the applied voltage is from one accumulation dielectric 51 51 aus Siliziumoxid mit einer Dicke von beispielsweise 100nm problemlos ausgehalten wird. endured problems of silicon oxide with a thickness of 100 nm, for example.
  • [0098] [0098]
    Vorteilhaft an einer Ladungsträgerakkumulation in der Driftsteuerzone An advantage of a charge carrier accumulation in the drift control zone 41 41 während des Sperrbetriebs ist wiederum, dass die akkumulierten Löcher die Ausbildung des Akkumulationskanals in der Driftzone during the locking operation, in turn, is that the accumulated holes, the formation of the accumulation channel in the drift region 11 11 bei leitend angesteuertem Bauelement unterstützen. support when the component. Diese Wirkung hält so lange an, bis die Differenz zwischen dem Potential der Driftzone This effect lasts so long, until the difference between the potential of the drift region 11 11 und der Drainzo ne and the Drainzo ne 14 14 unter den Wert der Tunnelspannung abgesunken ist. has dropped below the value of the tunneling voltage. Danach fließen überzählige Löcher aus der Driftsteuerzone After that flow from the excess holes drift control region 41 41 in Richtung der Drainzone in the direction of the drain region 14 14 bzw. der Drainelektrode and the drain electrode 32 32 ab. from. Das Tunneldielektrikum The tunnel dielectric 53 53 dient außerdem dazu, einen durch thermische Ladungsträgergeneration erzeugten Leckstrom abzuführen, sobald aus der Ladungsanhäufung am Tunneldielektrikum also serves to dissipate a leakage current generated by thermal charge carrier generation as soon as from the charge accumulation on the tunnel dielectric 53 53 eine Spannungsdifferenz an dem Tunneldielektrikum a voltage difference across the tunnel dielectric 53 53 gegenüber der Driftzone opposite the drift region 11 11 resultiert, die die Tunnelspannung überschreitet. result which exceeds the tunneling voltage.
  • [0099] [0099]
    3 3 zeigt ein gegenüber dem Bauelement gemäß shows a relative to the component in accordance with 1 1 abgewandeltes Bauelement ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung. modified component in fragmentary perspective view. Entsprechend der Darstellung in As shown in 1D 1D sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Drain- und Sourceelektroden, die die Drain- und Sourcezonen For reasons of clarity, the drain and source electrodes, the drain and source zones 14 14 , . 13 13 kontaktieren, bei dem Bauelement in contact with the component in 3 3 nicht dargestellt. not shown.
  • [0100] [0100]
    Der Halbleiterkörper The semiconductor body 100 100 ist bei diesem Bauelement als sogenanntes SOI-Substrat realisiert und umfasst zwischen dem Halbleitersubstrat In this component is implemented as a so-called SOI substrate and includes between the semiconductor substrate 103 103 und der Halbleiterschicht and the semiconductor layer 104 104 , in der die Driftzone In which the drift region 11 11 und die Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 sowie die Source- und Drainzonen as well as the source and drain regions 13 13 , . 14 14 integriert sind, eine durchgehende Isolationsschicht are integrated, a solid insulating layer 105 105 . , Diese Isolationsschicht, die beispielsweise aus einem Halbleiteroxid besteht, isoliert hierbei sowohl die Driftzone This insulating layer which consists for example of a semiconductor oxide isolated case both the drift region 11 11 als auch die Driftsteuerzone and the drift control region 41 41 gegenüber dem Substrat to the substrate 103 103 . , Das Halbleitersubstrat The semiconductor substrate 103 103 kann vom selben Leitungstyp wie die Halbleiterschicht can the same conductivity type as the semiconductor layer 104 104 oder von einem zu dem Leitungstyp der Halbleiterschicht or from one to the conduction type of the semiconductor layer 104 104 komplementären Leitungstyp sein. be complementary conductivity type.
  • [0101] [0101]
    Um im Sperrbetrieb eine unerwünschte Ladungsträgerakkumulation in dem Substrat To lock in an undesirable operating carrier accumulation in the substrate 103 103 an der Grenzfläche zu der Isolationsschicht at the interface to the insulating layer 105 105 zu verhindern, können unter der Sourcezone to prevent, can under the source zone 13 13 und/oder unter der Drainzone and / or the drain region 14 14 Aussparung Recess 106 106 in der Isolationsschicht in the insulating layer 105 105 vorgesehen werden. be provided. Diese Aussparung This recess 106 106 sind mit einem dotiertem oder undotiertem Halbleitermaterial ausgefüllt, das eine Verbindungszone are filled with a doped or undoped semiconductor material, the connecting zone, a 26 26 zwischen der Driftzone between the drift region 11 11 und dem Substrat and the substrate 103 103 bildet. forms. Die Verbindungszone The connection zone 26 26 unter der Drainzone below the drain zone, 14 14 bzw. Drainelektrode ist dabei geeignet, in dem Substrat or drain electrode is suitable, in the substrate 103 103 an der Grenzfläche zu der Isolationsschicht at the interface to the insulating layer 105 105 akkumulierte Elektronen zur Drainzone accumulated electrons to the drain region 14 14 abzuführen. dissipate. Im Falle von im Substrat In the case of the substrate 103 103 an der Grenzfläche zur Isolationsschicht at the interface to the insulating layer 105 105 akkumulierten Löchern ist die Verbindungszone accumulated holes is the connection zone 26 26 unter der Sourcezone under the source zone 13 13 geeignet, diese Löcher zur Sourcezone appropriate, these holes to the source zone 13 13 abzuführen. dissipate.
  • [0102] [0102]
    Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 ist bei dem Bauelement gemäß is in accordance with the component 3 3 entsprechend dem Bauelement in corresponding to the component in 1 1 oberhalb der Vorderseite above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 angeordnet. arranged. Diese Gateelektrode This gate electrode 21 21 und das darunter liegende Gatedielektrikum sind streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich in dem Beispiel in der zweiten lateralen Richtung y nur jeweils über die Breite b der einzelnen Abschnitte der Driftzone. and the underlying gate dielectric are strip-shaped and extend in the example in the second lateral direction y in each case only over the width b of the individual portions of the drift region. Diese Breite b der Driftzone This width b of the drift region 11 11 ist gegeben durch den gegenseitigen Abstand zweier unmittelbar benachbarter Driftsteuerzonen is given by the mutual distance of two directly adjacent drift control zones 41 41 . , In nicht näher dargestellter Weise kann sich die Gateelektrode In a manner not shown up, the gate electrode 21 21 in der zweiten lateralen Richtung y über den gesamten Bereich des Halbleiterkörpers in the second lateral direction Y over the entire area of the semiconductor body 100 100 oder Teile davon erstrecken, in dem Driftsteuerzonen or parts of it extend into the drift control zones 41 41 und Abschnitte der Driftzone and portions of the drift region 11 11 angeordnet sind. are arranged. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass eine seitliche Überlappung der Gateelektrode In this context it should be noted that a lateral overlap of the gate electrode 21 21 über Driftsteuerzone on drift control region 41 41 erlaubt ist, genauso wie eine Realisierung der Gateelektrode is allowed, as well as a realization of the gate electrode 21 21 derart, dass diese in der zweiten lateralen Richtung y schmäler ist als die Driftzone such that these in the second lateral direction y is narrower than the drift region 11 11 in dieser Richtung. in this direction.
  • [0103] [0103]
    Die The 4A 4A bis to 4D 4D zeigen eine weitere Abwandlung des in show a further modification of the in 1 1 dargestellten erfindungsgemäßen Leistungs-MOSFET. the invention shown power MOSFET. Entsprechend der According to the 1A 1A bis to 1D 1D zeigt shows 4A 4A das Bauelement in einer nahe der Vorderseite the component in a near the front 101 101 gelegenen lateralen Schnittebene bzw. in Draufsicht auf die Vorderseite situated lateral section plane and in plan view of the front 101 101 , die That 4B 4B und and 4C 4C zeigen das Bauelement in zwei unterschiedlichen vertikalen Schnittebenen CC bzw. DD, und show the device in two different vertical sectional planes CC and DD, and 4D 4D zeigt das Bauelement in perspektivischer Schnittdarstellung. shows the component in a perspective sectional view.
  • [0104] [0104]
    Während die Driftsteuerzonen During the drift control zones 41 41 bei dem Bauelement gemäß in accordance with the component 1 1 lediglich eine Anschlusszone only a contiguous zone 42 42 zum Anschließen an die Drainzone To connect to the drain region 14 14 bzw. die Drainelektrode or the drain electrode 32 32 aufweist, weisen die Driftsteuerzonen which have the drift control zones 41 41 des Bauelements gemäß the component according to 4 4 jeweils eine zweite Anschlusszone one second connection zone 44 44 auf, die in der ersten lateralen Richtung x beabstandet zu der ersten Anschlusszone on spaced in the first lateral direction x to the first connection zone 42 42 angeordnet ist. is arranged. Diese zweiten Anschlusszonen This second terminal zones 44 44 können in noch zu erläuternder Weise vom gleichen Leitungstyp wie die Dotierung der Driftsteuerzone can in manner to be explained by the same conductivity type as the doping of the drift control region 41 41 sein, die zweiten Anschlusszonen be the second terminal zones 44 44 können jedoch auch komplementär zu der Dotierung der Driftsteuerzone but can also complementary to the doping of the drift control region 41 41 dotiert sein. be doped. In dem dargestellten Beispiel stimmen die geometrischen Abmessungen der zweiten Anschlusszonen In the illustrated example, tune the geometric dimensions of the second terminal zones 44 44 mit den geometrischen Abmessungen der in der zweiten lateralen Richtung y jeweils benachbart angeordneten Bodyzonen with the geometric dimensions of the second lateral direction y are each arranged adjacent body regions 12 12 überein. match. Die zweiten Anschlusszonen The second terminal zones 44 44 beginnen in der ersten lateralen Richtung x somit auf Höhe der Bodyzonen begin in the first lateral direction x thus the height of the body zones 12 12 und erstrecken sich in der vertikalen Richtung v genauso tief in den Halbleiterkörper and extending in the vertical direction v as deep into the semiconductor body 100 100 hinein, wie die Bodyzonen into how the body zones 12 12 . , Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Bodyzonen This can be achieved in that the body zones 12 12 und die zweiten Anschlusszonen and the second terminal zones 44 44 durch gleiche Verfahrensschritte, dh gleiche Implantations- und/oder Diffusionsschritte, hergestellt werden. be prepared by the same method steps, ie the same implantation and / or diffusion steps.
  • [0105] [0105]
    Es sei darauf hingewiesen, dass die Abmessungen der zweiten Anschlusszonen It should be noted that the dimensions of the second junction zones 44 44 in lateraler und vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers in lateral and vertical direction of the semiconductor body 100 100 jedoch nicht mit den Abmessungen der Bodyzonen but not with the dimensions of the body zones 12 12 übereinstimmen müssen. must match. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass sich die Driftsteuerzone In particular, there is the possibility that the drift control region 41 41 und die Bodyzone and the body region 12 12 in der ersten lateralen Richtung x des Halbleiterkörpers in the first lateral direction x of the semiconductor body 100 100 überlappen, wie dies in overlap, as shown in 5 5 in einer der Schnittdarstellung gemäß according to one of the cross-sectional view 4A 4A entsprechenden Schnittdarstellung dargestellt ist. corresponding sectional view is shown. Um hierbei Auswirkungen der Driftsteuerzone To this effect the drift control zone 41 41 auf die Schalteigenschaften des Bauelements zu vermeiden, sind benachbart zu der Driftsteuerzone To avoid on the switching characteristics of the component are adjacent to the drift control zone 41 41 in der Bodyzone in the body zone 12 12 hochdotierte Halbleiterzonen highly doped semiconductor regions 16 16 vorhanden, die vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone provided that the same conductivity type as the body region 12 12 sind. are.
  • [0106] [0106]
    Die Grenzen der zweiten Anschlusszonen The boundaries of the second terminal zones 44 44 und der hochdotierten Halbleiterzonen and the highly doped semiconductor regions 16 16 können in der ersten lateralen Richtung x auch, anders als in may in the first lateral direction x also, unlike in 5 5 dargestellt, gegeneinander versetzt sein. be shown against one another.
  • [0107] [0107]
    Bei dem Bauelement gemäß In the device according to 4A 4A sind die Sourcezone are the source region 13 13 und die Bodyzone and the body region 12 12 gemeinsam durch die Sourceelektrode together with the source electrode 31 31 kontaktiert, während die Drainzone contacted, while the drain region 14 14 bzw. die mehreren Drainzonenabschnitte durch eine Drainelektrode bzw. durch Drainelektrodenabschnitte or the plurality of drain zone sections through a drain electrode and drain electrodes by sections 32 32 kontaktiert sind. are contacted. Die ersten Anschlusszonen The first terminal zones 42 42 der Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 sind in dem Beispiel jeweils an erste Anschlusselektroden in the example respectively to the first terminal electrodes 33 33 angeschlossen, deren Verschaltung mit den Drainelektroden connected, their connection to the drain electrodes 32 32 noch erläutert werden wird. will be explained. Die zweiten Anschlusszonen The second terminal zones 44 44 der Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 sind an zweite Anschlusselektroden der Driftsteuerzonen are on the second terminal electrodes of the drift control zones 41 41 angeschlossen, deren weitere Verschaltung ebenfalls noch erläutert werden wird. connected, the more interconnection will also be discussed.
  • [0108] [0108]
    Bei dem in den In which, in the 4A 4A bis to 4D 4D dargestellten Leistungs-MOSFET weist die Gateelektrode shown power MOSFET, the gate electrode 21 21 mehrere Gateelektrodenabschnitte auf, die sich in der zweiten lateralen Richtung y jeweils nur über die Breite der einzelnen Driftzonen a plurality of gate electrode portions which in the second lateral direction y in each case only over the width of each drift region 11 11 erstrecken. extend. Das Gatedielektrikum The gate dielectric 22 22 kann Bezug nehmend auf may Referring to 4D 4D dabei als durchgehende streifenförmige Dielektrikumsschicht ausgebildet sein. be designed as a continuous strip-shaped dielectric layer. Das Bezugszeichen Numeral 23 23 bezeichnet in den designated in the 4B 4B und and 4C 4C eine Isolations- bzw. Passivierungsschicht, welche die Gateelektrode an insulation or passivation layer, the gate electrode 21 21 gegenüber der Sourceelektrode respect to the source electrode 31 31 isoliert und die die Driftzonen isolated and the drift zones 11 11 und die Driftsteuerzonen and the drift control zones 41 41 oberhalb der Vorderseite above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers überdeckt. of the semiconductor body covered.
  • [0109] [0109]
    In nicht näher dargestellter Weise können die Abmessungen der Gateelektroden Not shown in detail, the dimensions of the gate electrodes can 21 21 und/oder des Gatedielektrikums and / or of the gate dielectric 22 22 in der zweiten lateralen Richtung y auch von den Abmessungen der Driftzonen in the second lateral direction y and the dimensions of the drift region 11 11 in dieser Richtung abweichen. differ in that direction. So kann insbesondere eine gemeinsame Gateelektrode In particular, a common gate electrode 21 21 vorgesehen sein, die – entsprechend des Gatedielektrikums be provided, which - according to the gate dielectric 22 22 in in 4D 4D – als durchgehende Elektrodenschicht realisiert ist. - Is implemented as a continuous electrode layer.
  • [0110] [0110]
    Bezug nehmend auf Referring to 6 6 , die ein gegenüber dem Bauelement gemäß , Which with respect to the device according to a 4 4 abgewandeltes Bauelement zeigt, kann die Gateelektrode modified component shows, the gate electrode 21 21 in der zweiten lateralen Richtung y auch als durchgehende streifenförmige Elektrode in the second lateral direction y as a continuous strip-shaped electrode 21 21 realisiert sein, die sich in dieser zweiten lateralen Richtung y somit sowohl über die Bodyzonen be realized, which thus y in this second lateral direction on both the body zones 12 12 als auch über die Driftsteuerzonen and through the drift control zones 41 41 bzw. deren zweite Anschlusszonen (in der Darstellung gemäß or its second terminal zones (according to the representation 6 6 nicht sichtbar) verläuft. not visible) runs.
  • [0111] [0111]
    7 7 zeigt eine weitere Abwandlung des in shows a further modification of the in 4 4 dargestellten Leistungs-MOSFET. illustrated the power MOSFET. Bei diesem Bauelement ist der Halbleiterkörper entsprechend des Bauelements in In this component, the semiconductor body of the device is in accordance with 3 3 als SOI-Substrat realisiert und weist ein Halbleitersubstrat realized as a SOI substrate and includes a semiconductor substrate 103 103 , eine auf dem Halbleitersubstrat , One on the semiconductor substrate 103 103 angeordnete Isolationsschicht arranged insulation layer 105 105 sowie eine auf der Isolationsschicht angeordnete Halbleiterschicht and an insulating layer disposed on the semiconductor layer 104 104 auf, in der die Driftzonen on, in which the drift region 11 11 , die Driftsteuerzonen , The drift control zones 41 41 , die Sourcezonen , The source regions 13 13 , die Bodyzonen That body zones 12 12 , die Drainzonen The drain regions 14 14 sowie die Anschlusszonen as well as the connection zones 42 42 , . 44 44 der Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 angeordnet sind. are arranged. Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 erstreckt sich bei dem Bauelement gemäß extends in the component in accordance 7 7 jeweils nur über die Breite einer Driftzone only about the width of a drift region 11 11 , kann jedoch beliebig von der Breite der Driftzone But can have any of the width of the drift region 11 11 abweichen und kann entsprechend des Bauelements gemäß and can vary according to the corresponding component 6 6 insbesondere auch als durchgehende streifenförmige Gateelektrode realisiert sein (nicht dargestellt). realized in particular as a continuous strip-shaped gate electrode (not shown).
  • [0112] [0112]
    Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 bzw. deren erste und zweite Anschlusselektroden or its first and second terminal electrodes 33 33 , . 34 34 können auf unterschiedliche Weise kontaktiert werden, wie nachfolgend erläutert wird. can be contacted in different ways, as will be explained below.
  • [0113] [0113]
    Bei einer ersten in den In a first in the 8A 8A und and 8B 8B dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die Driftsteuerzone embodiment shown is provided, the drift control zone 41 41 an ihrem drainseitigen Ende über eine erste Diode at its drain-side end through a first diode 61 61 an die Drainzone to the drain region 14 14 bzw, die Drainelektrode or, the drain electrode 32 32 und an ihrem sourceseitigen En de über eine zweite Diode and at its source-side de En via a second diode 62 62 an die Sourcezone bzw. die Sourceelektrode to the source region or the source electrode 31 31 anzuschließen. to connect. Diese beiden Dioden These two diodes 61 61 , . 62 62 sind in dem Beispiel in dem Halbleiterkörper in the example in the semiconductor body 100 100 integriert. integrated. Die erste Diode The first diode 61 61 ist durch die im Zusammenhang mit is in connection with the 1 1 erläuterten Anschlusszonen explained connection zones 42 42 , . 43 43 gebildet, von denen eine formed, one of which 42 42 vom gleichen Leitungstyp wie die Driftsteuerzone of the same conductivity type as the drift control region 41 41 und eine and 43 43 komplementär zu der Driftsteuerzone complementary to the drift control region 41 41 dotiert ist. is doped. Die Drainelektrode The drain electrode 32 32 und die erste Anschlusselektrode and the first terminal electrode 33 33 sind bei diesem Bauelement als gemeinsame Elektrode realisiert, die streifenförmig ausgebildet ist und die Driftzonen In this component are realized as a common electrode is strip-shaped and the drift zones 14 14 und die komplementär zu den ersten Anschlusszonen and is complementary to the first terminal zones 42 42 dotierten Anschlusszonen doped connection zones 43 43 kontaktiert. contacted.
  • [0114] [0114]
    Die erste Diode The first diode 61 61 kann auch als externe Diode (nicht dargestellt) zwischen der Drainelektrode can be used as external diode (not shown) between the drain electrode 32 32 und der ersten Anschlusselektrode and the first terminal electrode 34 34 realisiert sein. be realized.
  • [0115] [0115]
    Die zweite Diode The second diode 62 62 ist in dem Beispiel dadurch realisiert, dass die zweite Anschlusszone is realized in the example in that the second connection zone 44 44 der Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 als komplementär zu den Driftsteuerzonen as complementary to the drift control zones 41 41 dotierte Halbleiterzonen realisiert ist. doped semiconductor regions is realized. Die Sourceelektrode The source electrode 31 31 und die zweite Anschlusselektrode and the second terminal electrode 34 34 sind dabei elektrisch leitend miteinander verbunden und können entsprechend der in are connected together electrically conductive and can accordingly in the 8B 8B dargestellten Drainelektrode drain electrode shown 32 32 als gemeinsame streifenförmige Elektrode realisiert sein (nicht dargestellt). realized as a common strip-shaped electrode (not shown).
  • [0116] [0116]
    Zur Reduktion eines Kontaktwiderstandes zwischen der zweiten Anschlusselektrode For reducing a contact resistance between the second terminal electrode 34 34 und der zweiten Anschlusszone and the second terminal zone 44 44 kann optional eine höher dotierte Halbleiterzone may optionally include a highly doped semiconductor zone 45 45 innerhalb der zweiten Anschlusszone within the second terminal zone 44 44 vorhanden sein, die durch die zweite Anschlusselektrode be provided by the second terminal electrode 34 34 kontaktiert ist. is contacted.
  • [0117] [0117]
    Die Funktionsweise des in den The operation of the 8A 8A und and 8B 8B dargestellten Bauelements wird nachfolgend erläutert. component illustrated is explained below.
  • [0118] [0118]
    Der dargestellte n-Kanal-MOSFET leitet bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gateelektrode The illustrated n-channel MOSFET conducts upon application of a suitable driving potential to the gate electrode 21 21 , durch das sich ein Inversionskanal in der Bodyzone Through which an inversion channel in the body zone 12 12 zwischen der Sourcezone between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 ausbreitet, und bei Anlegen einer positiven Drain-Source-Spannung zwischen der Drainelektrode spreads, and upon application of a positive drain-source voltage between the drain electrode 32 32 und der Sourceelektrode and the source electrode 31 31 . , Die erste Diode The first diode 61 61 ist während dieses Betriebszustandes in Flussrichtung gepolt, während die zweite Diode during this operating state is poled in the flow direction, while the second diode 62 62 in Sperrrichtung gepolt ist. is reverse biased. Die zweite Diode The second diode 62 62 ist dabei so dimensioniert, dass deren Spannungsfestigkeit höher ist als die bei leitend angesteuertem Bauelement anliegende Drain-Source-Spannung. is dimensioned so that the dielectric strength is higher than that applied when the component drain-source voltage. Bedingt durch die während des leitenden Betriebszustandes in Flussrichtung gepolte erste Diode Due to the first diode poled in the flow direction during the senior operating condition 61 61 entspricht das elektrische Potential der Driftsteuerzone corresponds to the electric potential of the drift control zone 41 41 dem Drainpotential abzüglich der Durchlassspannung der ersten Diode the drain potential less the forward voltage of the first diode 61 61 . , Dieses Potential der Driftsteuerzone This potential of the drift control zone 41 41 ist wegen des in der Driftzone is because of the drift region 11 11 fließenden Laststroms und des dadurch in der Driftzone flowing load current and the characterized in the drift region 11 11 erzeugten Bahnspannungsabfalls über weite Bereiche der Driftzone produced track voltage drop across wide areas of the drift region 11 11 größer als das elektrische Potential in der Driftzone greater than the electric potential in the drift region 11 11 , wodurch der über dem Akkumulationsdielektrikum , Whereby the above accumulation dielectric 51 51 anliegende Spannungsabfall die Ausbildung des Akkumulationskanals entlang des Akkumulationsdielektrikums voltage applied to the design of the waste accumulation channel along the Akkumulationsdielektrikums 51 51 in der Driftzone in the drift region 11 11 bewirkt. causes.
  • [0119] [0119]
    Bei sperrend angesteuertem Bauelement, also bei einer hohen positiven Drain-Source-Spannung, jedoch nicht vorhandenem Inversionskanal, breitet sich in der Driftsteuerzone When the component, ie, at a high positive drain-source voltage, but not present inversion channel propagates in the drift control zone 11 11 eine Raumladungszone aus. a space charge zone. Die Spannung über dem Akkumulationsdielektrikum The voltage across the accumulation dielectric 51 51 ist in bereits erläuterter Weise durch die geringe Dotierstoffmenge in den Driftsteuerzonen in the manner already explained by the small amount of dopant in the drift control zones 41 41 in der zweiten lateralen Richtung y nach oben hin begrenzt. in the second lateral direction y bounded towards the top. Die zweite Diode The second diode 62 62 ist auch während dieses Betriebszustandes in Sperrrichtung gepolt, wobei die sich bei sperrendem Bauelement in der Driftsteuerzone is also poled during this operating state in the reverse direction, the at component in the off in the drift control zone 41 41 ausbreitende, durch die Driftzone propagating through the drift region 11 11 gesteuerte Raumladungszone, die zweite Diode controlled space charge region, the second diode 62 62 vor einem Spannungsdurchbruch schützt. protects against voltage breakdown. Vorzugsweise besitzen die zweite Diode Preferably have the second diode 62 62 gegen die Driftsteuerzone against the drift control region 41 41 und die Bodyzone and the body region 12 12 gegen die Driftzone against the drift region 11 11 eine ähnlich hohe Sperrfähigkeit, insbesondere wenn die zweite Diode a similarly high blocking capability, particularly when the second diode 62 62 und die Bodyzone and the body region 12 12 während der gleichen Prozess-Schritte hergestellt worden sind. obtained during the same process steps.
  • [0120] [0120]
    Die zweite Diode The second diode 62 62 , über welche die Driftsteuerzone Over which the drift control region 41 41 an die Sourcezone bzw. Sourceelektrode the source region and source electrode 31 31 angeschlossen ist, ermöglicht bei dem in den is connected, makes it possible in which, in the 8A 8A und and 8B 8B dargestellten Bauelement im Sperrbetriebsfall ein Abfließen thermisch generierter Ladungsträger aus der Driftsteuerzone component in blocking operation case, a run-off thermally generated charge carriers from the drift control region shown 41 41 , wodurch ein Spannungsdurchbruch des Akkumulationsdielektrikums Whereby a voltage breakdown of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 in Folge akkumulierter thermischer Ladungsträger verhindert wird. is prevented as a result of accumulated thermal carriers.
  • [0121] [0121]
    Eine zweite Funktion (dh Einsperren der Ladung, siehe unten) tritt hier nicht ein, da generierte Löcher immer über das p-Gebiet abfließen können. A second function (ie confinement of charge, see below) occurs here, as generated holes can always drain on the p-type region. Wenn – wie im dargestellten Fall – das p-Gebiet direkt mit der Source verbunden ist, kommt es zu keiner Ladungsspeicherung. If - as in the case illustrated - the p-type region is connected directly to the source, there is no charge storage. Wenn das p-Gebiet jedoch über eine externe Diode oder mit einem Kondensator und ggf. einer weiteren Diode zur Begrenzung der Spannung über dem Kondensator mit der Source verbunden ist, tritt der beschriebene Effekt auf. If the p-region is associated with an external diode or a capacitor and possibly of a further diode to limit the voltage across the capacitor to the source, the effect described above occurs.
  • [0122] [0122]
    Ein "Einsperren" der Ladung in der Driftsteuerzone A "locking up" the charge in the drift control region 41 41 funktioniert in noch erläuterter Weise dann, wenn eine Verschaltung entsprechend der work in the manner explained even if a connection according to the 11 11 oder or 12 12 vorliegt. present. Die Dioden The diodes 61 61 und/oder and / or 66 66 können dabei sowohl integriert oder extern eingebaut werden. can it be both integrated or built externally. Im unteren bzw. rechten Teil der Driftsteuerzone In the bottom or right side of the drift control region 41 41 muss lediglich die n + -dotierte Zone only has the n + doped zone 42 42 vorhanden sein. to be available.
  • [0123] [0123]
    Die erste Diode The first diode 61 61 verhindert bei leitend angesteuertem Bauelement hierbei ein Abfließen der Löcher aus der Driftsteuerzone prevented when the component is in this case a flow of the holes from the drift control region 41 41 an die Drainelektrode to the drain electrode 32 32 . ,
  • [0124] [0124]
    Bezug nehmend auf Referring to 9 9 kann auf diese erste Diode can in this first diode 61 61 auch verzichtet werden. also be waived. Die Folge hiervon sind jedoch erhöhte Durchlassverluste, da keine akkumulierte Löcherladung in der Driftsteuerzone However, the consequence is increased conduction losses as no holes accumulated charge in the drift control region 41 41 auftreten kann, sondern lediglich der Bahnspannungsabfall in der Driftzone und eine entsprechend erhöhte Drainspannung für die Ausbildung eines Kanals genutzt werden kann. can occur, but only the rail voltage drop in the drift region and a correspondingly increased drain voltage can be used for the formation of a channel.
  • [0125] [0125]
    Optional besteht die Möglichkeit, zwischen die Source-Elektrode There is the option between the source electrode 31 31 und die Anschlusselektrode and the terminal electrode 34 34 eine weitere Diode a further diode 65 65 zu schalten, die in to turn that in 9 9 gestrichelt dargestellt ist. is shown in dashed lines. Diese weitere Diode This further diode 65 65 kann – entsprechend der Diode can - according to the diode 61 61 – als internes oder externes Bauelement realisiert werden und ermöglicht, dass bei sperrend angesteuertem Bauelement in der komplementär zu der Driftsteuerzone - Be realized as an internal or external component and allows when the component is in complementary to the drift control region 41 41 dotierten zweiten Anschlusszone doped second connection zone 44 44 p-Ladungsträger, dh Löcher, in solchen Bereichen des Akkumulationsdielektrikums p-type charge carriers, ie holes in areas of Akkumulationsdielektrikums 51 51 akkumuliert werden, die benachbart zu der Bodyzone are accumulated adjacent to the body zone 12 12 (deren Position gestrichelt dargestellt ist) liegen. (Whose position is shown in dashed lines) lie. Diese Löcher werden bei einer nachfolgenden leitenden Ansteuerung des Bauelements in der Driftsteuerzone These holes are in a subsequent conductive activation of the device in the drift control zone 41 41 benötigt, um den Akkumulationskanal in der Driftzone needed to the accumulation channel in the drift region 11 11 entlang des Akkumulationsdielektrikums along the Akkumulationsdielektrikums 51 51 zu steuern. to control. Bei einem solchen Einschalten werden diese Löcher aus dem nahe der Bodyzone In such a turning these holes from near the body zone 12 12 gelegenen Bereich der Driftsteuerzone abgezogen und in Richtung der Drainzone deducted lying area of the drift control zone and in the direction of the drain region 14 14 bzw. der ersten Anschlusszone and the first terminal zone 42 42 der Driftsteuerzone verschoben. the drift control zone moved. Die Löcherladung aus der als Speicherkapazität bei sperrend angesteuertem Bauelement funktionierenden zweiten Diode The hole charge from functioning as storage when the component is second diode 62 62 werden bei nachfolgend leitend angesteuertem Bauelement in die durch die Driftzone be in conducting the component is in the following by the drift region 11 11 , das Akkumulationsdielektrikum , The accumulation 51 51 und die Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 gebildete "Akkumulationskapazität" verschoben. educated "accumulation capacity" moved.
  • [0126] [0126]
    Der zuvor erläuterte Ladungsspeichereffekt kann bezug nehmend auf The above-explained charge storage effect can reference to 10 10 auch durch eine Kapazität also by capacity 63 63 erreicht werden, die zwischen die Sourceelektrode be achieved between the source electrode 31 31 und die zweite Anschlusselektrode and the second terminal electrode 33 33 geschaltet ist. is connected. Diese Kapazität, die in This capacity, which in 10 10 schematisch als Kondensator schematically as a capacitor 63 63 dargestellt ist, kann auf beliebige Weise innerhalb oder außerhalb des Halbleiterkörpers realisiert werden. is shown, can be realized in any manner within or outside the semiconductor body.
  • [0127] [0127]
    Zur Begrenzung der Spannung über diesem Kondensator To limit the voltage across this capacitor, 63 63 , der über den Leckstrom im Sperrfall geladen wird, kann bezugnehmend auf , Which is charged via the leakage current in the blocking case, can Referring to 11 11 eine Diode a diode 66 66 parallel zu dem Kondensator parallel to the capacitor 63 63 vorgesehen werden, deren Durchbruchspannung an die Spannungsfestigkeit des Kondensators are provided, the breakdown voltage of the dielectric strength of the capacitor 63 63 angepasst ist. is adjusted.
  • [0128] [0128]
    Sowohl bei dem Bauelement gemäß According to both the component 10 10 als auch bei dem Bauelement gemäß according to the component as well as 11 11 ist die erste Diode is the first diode 61 61 zwischen dem drainseitigen Ende der Driftsteuerzone between the drain-side end of the drift control region 41 41 und der Drainzone and the drain region 14 14 bzw. Drainelektrode or drain electrode 32 32 optional vorhanden und daher in den Figuren gestrichelt dargestellt. optionally present and therefore shown in dashed lines in the figures. Diese Diode This diode 61 61 kann insbesondere – wie die Diode may in particular - as the diode 66 66 – über Leitbahnen mit den Anschlusselektroden - Via conductor tracks to the terminal electrodes 33 33 bzw. and 34 34 verbunden werden und vorzugsweise als Diodenstruktur im monokristallinen Halbleitermaterial oder als sog. "Poly-Diode" oberhalb des monokristallinen Halbleiterkörpers are connected, and preferably so-called diode structure as in the monocrystalline semiconductor material, or as. "Poly-diode" above the monocrystalline semiconductor body 100 100 angeordnet werden. be arranged.
  • [0129] [0129]
    Bei einem weiteren, in In another, in 12 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die externe Speicherkapazität illustrated embodiment, is provided, the external storage 63 63 über eine weitere Diode via a further diode 64 64 an die Gateelektrode to the gate electrode 21 21 anzuschließen. to connect. Die Anode dieser weiteren Diode The anode of another diode 64 64 ist dabei an die Gateelektrode is applied to the gate electrode 21 21 und die Kathode ist an die zweite Anschlusselektrode and the cathode is connected to the second terminal electrode 33 33 bzw. an den dieser zweiten Anschlusselektrode or to the said second terminal electrode 33 33 zugewandten Anschluss der Kapazität facing terminal of the capacitance 63 63 angeschlossen. connected. Die weitere Diode The further diode 64 64 bewirkt, dass p-Ladungsträger aus dem Gate-Ansteuerkreis nachgeliefert werden. causes p-type charge carriers are transported out of the gate drive circuit. Selbst bei Vorhandensein der ersten Diode Even in the presence of said first diode 61 61 , die ein Abfließen von Löchern aus der Driftsteuerzone That an outflow of holes from the drift control region 41 41 an die Drainelektrode to the drain electrode 32 32 verhindert, gehen unvermeidlich p-Ladungsträger durch Rekombination oder über Leckströme verloren und müssen daher nachgeliefert werden. prevents inevitably go p-type charge carriers by recombination or leakage currents lost and need to be replenished. Die weitere Diode The further diode 64 64 bewirkt insbesondere, dass die Kapazität particular effect that the capacity 63 63 beim ersten leitenden Ansteuern des MOSFET aus dem Gatekreis aufgeladen wird, sofern sie nicht bereits vorher durch einen thermisch in der Driftsteuerzone is charged from the gate circuit during the first driving of the MOSFET conductive if they are not already previously by a thermal drift in the control zone 41 41 generierten Sperrstrom aufgeladen wurde. generated reverse current was charged. Die Spannungsbegrenzungs-Diode The voltage clamping diode 65 65 kann hierbei optional parallel zu dem Kondensator can in this case optionally in parallel with the capacitor 63 63 geschaltet sein. be connected.
  • [0130] [0130]
    Bei den zuvor erläuterten Bauelementen, bei denen die Gateelektrode In the above-described components in which the gate electrode 21 21 oberhalb der Vorderseite above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers angeordnet ist, verläuft der Inversionskanal in der Bodyzone the semiconductor body is disposed, the inversion channel extending in the body region 12 12 unterhalb des Gatedielektrikums below the gate dielectric 22 22 im Bereich der Vorderseite in the region of the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 . , Die effektive Kanalweite ist dabei in etwa bestimmt durch die gesamte Breite der Driftzone The effective channel length is determined approximately by the entire width of the drift region 11 11 , dh die Summe der Breiten b ( , Ie the sum of the widths b ( 1A 1A ) der einzelnen zwischen zwei Driftsteuerzonen ) Of the individual between two drift control zones 41 41 liegenden Driftzonenabschnitte lying drift zone sections 11 11 . , Bei leitend angesteuertem Bauelement konzentriert sich ein Stromfluss innerhalb der Driftzone When the component is a current flow is concentrated inside the drift region 11 11 in den Akkumulationskanälen, die sich in der Driftzone in the accumulation channels in the drift region 11 11 entlang des Akkumulationsdielektrikums along the Akkumulationsdielektrikums 51 51 ausbilden. form. Die Abmessungen dieser Akkumulationszone sind in einer Richtung senkrecht zu dem Akkumulationsdielektrikum The dimensions of the accumulation zone in a direction perpendicular to the accumulation dielectric 51 51 , also in der zweiten lateralen Richtung y bei den zuvor erläuterten Bauelementen sehr gering), so dass bei dem erfindungsgemäßen Bauelement der gegenseitige Abstand zweier Driftsteuerzonen , So in the second lateral direction y in the previously described devices is very low), so that in the inventive device, the mutual distance between two drift control zones 14 14 bzw. die Breite b der einzelnen Driftzonenabschnitte or the width b of each drift region portions 11 11 sehr gering gewählt und annähernd bis auf den zweifachen Wert der Abmessungen des Akkumulationskanals reduziert werden kann, ohne den Einschaltwiderstand des Bauelements wesentlich zu beeinflussen. can be chosen very small and almost reduced to twice the value of the dimensions of the accumulation channel without affecting the on-resistance of the device significantly. Mit zunehmender Verringerung des Abstandes zweier Driftsteuerzonen With increasing reduction of the distance between two drift control zones 41 41 , dh mit einer zunehmenden Verringerung der Breite b eines Driftzonenabschnitts , That is with an increasing reduction of the width b of a drift region portion 11 11 verringert sich bei den zuvor erläuterten Bauelementen auch die Kanalweite des für den jeweiligen Driftzonenabschnitt reduced when the aforementioned components, the channel width of the drift region for each section 11 11 wirksamen Inversionskanals der Bodyzone effective inversion channel the body zone 12 12 . , Die Abmessungen des Akkumulationsdielektrikums in der zweiten lateralen Richtung liegen beispielsweise im Bereich von weniger als 50 nm. The dimensions of the Akkumulationsdielektrikums in the second lateral direction for example, lie in the range of less than 50 nm.
  • [0131] [0131]
    Dieses Problem wird bei den nachfolgend anhand der This problem is in the following with reference to 13 13 bis to 15 15 erläuterten Bauelementen vermieden, bei denen sich die Gateelektrode components explained avoided where the gate electrode 21 21 ausgehend von der Vorderseite starting from the front 101 101 des Halbleiterkörpers in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper of the semiconductor body in the vertical direction in the semiconductor body 100 100 hinein erstreckt. extends into. Die The 13A 13A , . 14A 14A und and 15A 15A zeigen die Bauelemente dabei jeweils in Draufsicht auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers show the components in each case in plan view of the front side of the semiconductor body 100 100 , in dem sie jeweils integriert sind, während die In which they are each integrated while the 13B 13B , . 14B 14B , . 15B 15B die Bauelemente in einer ersten vertikalen Schnittebene und die the components in a first plane and the vertical section 13C 13C , . 14C 14C , . 15C 15C die Bauelemente in einer zweiten vertikalen Schnittebene zeigen. the components in a second vertical section plane show.
  • [0132] [0132]
    Bei dem Bauelement gemäß In the device according to 13 13 ist die Sourcezone is the source zone 13 13 innerhalb der Bodyzone within the body zone 12 12 angeordnet und die Gateelektrode arranged and the gate electrode 21 21 erstreckt sich in vertikaler Richtung durch die Sourcezone extends in a vertical direction through the source region 13 13 , die Bodyzone , The body zone 12 12 bis in die Driftzone to the drift region 11 11 . , Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 ist dabei in der ersten lateralen Richtung x in Verlängerung der Driftzone is in the first lateral direction x extension in the drift region 11 11 und in der zweiten lateralen Richtung y jeweils beabstandet zu dem Akkumulationsdielektrikum and in the second lateral direction y are each spaced from the accumulation dielectric 51 51 angeordnet. arranged. Bei leitender Ansteuerung des Bauelements verläuft ein Inversionskanal in vertikaler Richtung entlang des Gatedielektrikums Wherein actuation of the conductive component, an inversion channel extending in the vertical direction along the gate dielectric 21 21 von der Sourcezone from the source region 13 13 durch die Bodyzone by the Body Zone 12 12 zu der Driftzone to the drift zone 11 11 . , Die Kanallänge dieses Inversionskanals ist hierbei bestimmt durch die Abmessungen der Bodyzone The channel length this inversion channel is determined here by the dimensions of the body zone 12 12 in vertikaler Richtung v zwischen der Sourcezone in the vertical direction v between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 . , Diese Kanallänge ist in den This channel length is in the 13B 13B und and 13C 13C mit with 1 1 bezeichnet. referred to. 13B 13B zeigt hierbei einen vertikalen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 im Bereich der Gateelektrode this shows a vertical cross section through the semiconductor body 100 in the area of the gate electrode 21 21 , während While 13C 13C einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper a cross section through the semiconductor body 100 100 in einem Bereich zwischen der Gateelektrode in a region between the gate electrode 21 21 und dem Akkumulationsdielektrikum and the accumulation dielectric 51 51 zeigt. shows.
  • [0133] [0133]
    Auf die Darstellung eines Querschnitts der Driftsteuerzone und deren Anschlusszonen On the presentation of a cross-section of the drift control region and its connection zones 42 42 , . 44 44 ist in is in 13 13 verzichtet. dispensed with. Dieser Querschnitt entspricht dem anhand von This cross-section corresponds based on the 4C 4C bereits erläuterten Querschnitt, wobei die Driftsteuerzone already described cross section, wherein the drift control zone 41 41 in nicht näher dargestellter Weise entsprechend der Ausführungen zu den in a manner not shown according to the explanations of the 8 8 bis to 12 12 mit der Source- und Drainelektrode verschaltet sein kann oder entsprechend der Ausführungen zu may be interconnected with the source and drain electrodes according to the embodiments or l l nur an die Drainzone only to the drain region 14 14 angeschlossen sein kann. can be connected.
  • [0134] [0134]
    Der Halbleiterkörper The semiconductor body 100 100 des in in the 13 13 dargestellten Bauelements kann in nicht näher dargestellter Weise entsprechend des Halbleiterkörpers in component illustrated, in a manner not shown according to the semiconductor body in 1 1 realisiert sein, bei dem eine Halbleiterschicht be realized in which a semiconductor layer 104 104 unmittelbar auf ein Halbleitersubstrat directly on a semiconductor substrate 103 103 aufgebracht ist, während die Driftsteuerzone is applied while the drift control region 41 41 durch eine weitere Isolationsschicht by a further insulating layer 52 52 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert ist. is isolated. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Bauelement gemäß In addition, there is the possibility the device according to 13 13 entsprechend dem Bauelement in corresponding to the component in 3 3 in einem SOI-Substrat zu realisieren, bei dem zwischen einem Halbleitersubstrat to realize an SOI substrate, in which between a semiconductor substrate 103 103 und einer Halbleiterschicht and a semiconductor layer 104 104 eine durchgehende Isolationsschicht a continuous insulating layer 105 105 vorhanden ist. is available.
  • [0135] [0135]
    14 14 zeigt eine Abwandlung des in shows a modification of the in 13 13 dargestellten, als Leistungs-MOSFET ausgebildeten Halbleiterbauelements. shown, formed as a power MOSFET semiconductor device. Bei dem in In the in 14 14 dargestellten Bauelement ist eine Länge des Inversionskanals bestimmt durch den Abstand zwischen der Sourcezone component illustrated is a length of the inversion channel determined by the distance between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 in der ersten lateralen Richtung x. in the first lateral direction x. Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 erstreckt sich bei diesem Bauelement in vertikaler Richtung v in den Halbleiterkörper hinein und ist so angeordnet, dass sie sich in der ersten lateralen Richtung x isoliert durch das Gatedielektrikum extends in this component in the vertical direction v in the semiconductor body in and is arranged so that they are in the first lateral direction x isolated by the gate dielectric 22 22 von der Sourcezone from the source region 13 13 durch die Bodyzone by the Body Zone 12 12 bis in die Driftzone to the drift region 11 11 erstreckt. extends. Bei leitend angesteuertem Bauelement verläuft der Inversionskanal, der eine Länge l aufweist, in der ersten lateralen Richtung x entlang des Gatedielektrikums When the component of the inversion channel having a length l runs in the first lateral direction x along the gate dielectric 22 22 . ,
  • [0136] [0136]
    Die Sourcezone The source region 13 13 ist Bezug nehmend auf die is referring to the 14B 14B und and 14C 14C in der Bodyzone in the body zone 12 12 angeordnet und somit sowohl in der ersten lateralen Richtung x als auch in der vertikalen Richtung v durch die Bodyzone and thus arranged both in the first lateral direction x and in the vertical direction V by the body zone 13 13 von der Driftzone of the drift region 11 11 getrennt. separately. Wie in den As in the 14B 14B und and 14C 14C strichpunktiert dargestellt ist, besteht auch die Möglichkeit, die Sourcezone dash-dotted lines is shown the possibility also exists, the source zone 13 13 und die Bodyzone and the body region 12 12 jeweils so zu realisieren, dass sie sich in vertikaler Richtung v von der Vorderseite respectively so as to realize that they are in the vertical direction v of the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 bis an ein unter der Halbleiterschicht up to one of the semiconductor layer 104 104 angeordnetes Halbleitersubstrat arranged semiconductor substrate 103 103 oder an eine Isolationsschicht or an insulating layer 105 105 , bei Verwendung eines SOI-Substrats, erstrecken. Wherein using an SOI substrate, extend.
  • [0137] [0137]
    Alternativ kann auch die Gateelektrode Alternatively, the gate electrode 21 21 analog zu einem Bauelement nach analogous to a component according to 13 13 in vertikaler Richtung v tiefer reichen, als das Bodygebiet v reach deeper in the vertical direction, as the body region 12 12 , so dass sich im eingeschalteten Zustand ein Inversionskanal sowohl in der ersten lateralen Richtung x, als auch in vertikaler Richtung v ausbilden kann. , So that in the switched-on state, an inversion channel can form v both in the first lateral direction x, and in the vertical direction.
  • [0138] [0138]
    15 15 zeigt eine Abwandlung des in shows a modification of the in 14 14 dargestellten Bauelements. component illustrated. Bei diesem Bauelement ist die Gateelektrode In this device, the gate electrode is 21 21 in der ersten lateralen Richtung x in Verlängerung der Driftsteuerzone in the first lateral direction x in the extension of the drift control zone 41 41 und in der zweiten lateralen Richtung y benachbart zu der Bodyzone and in the second lateral direction y adjacent to the body zone 12 12 angeordnet. arranged. Das Akkumulationsdielektrikum The accumulation 51 51 und das Gatedielektrikum and the gate dielectric 22 22 werden bei diesem Bauelement durch eine gemeinsame Dielektrikumsschicht gebildet, die in der zweiten lateralen Richtung y die Driftzone are formed in this device by a common dielectric layer, the y in the second lateral direction, the drift region 11 11 von der Driftsteuerzone of the drift control zone 41 41 und die Bodyzone and the body region 12 12 sowie Abschnitte der Sourcezone and portions of the source zone 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 von der Gateelektrode from the gate electrode 21 21 trennt. separates. In der ersten lateralen Richtung x ist die Gateelektrode In the first lateral direction x, the gate electrode 21 21 durch eine weitere Dielektrikumsschicht bzw. Isolationsschicht by a further dielectric or insulating layer 24 24 von der Driftsteuerzone of the drift control zone 41 41 getrennt. separately.
  • [0139] [0139]
    Bezug nehmend auf die Referring to 15B 15B und and 15C 15C ist der Halbleiterkörper is the semiconductor body 100 100 dieses Bauelements als SOI-Substrat mit einem Halbleitersubstrat this component as an SOI substrate having a semiconductor substrate 103 103 , einer Isolationsschicht , An insulating layer 105 105 und einer Halbleiterschicht and a semiconductor layer 104 104 realisiert. realized. Bezug nehmend auf Referring to 15B 15B erstrecken sich die Body- und Sourcezonen extend the body and source zones 12 12 , . 13 13 in vertikaler Richtung v des Halbleiterkörpers v in the vertical direction of the semiconductor body 100 100 bis an die Isolationsschicht up to the insulation layer 105 105 . , Gleiches gilt für die Gateelektrode The same applies to the gate electrode 21 21 , die sich in vertikaler Richtung v ebenfalls bis an die Isolationsschicht That in the vertical direction v is also up to the insulation layer 105 105 erstreckt. extends. Ein Inversionskanal bildet sich bei diesem Bauelement in der ersten lateralen Richtung x in der Bodyzone An inversion channel is formed in this component in the first lateral direction x in the body zone 12 12 zwischen der Sourcezone between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 entlang des Gatedielektrikums along the gate dielectric 22 22 aus. from.
  • [0140] [0140]
    In nicht näher dargestellter Weise kann die Bodyzone In a manner not shown, the Body Zone 13 13 auch oberhalb der Isolationsschicht well above the insulation layer 105 105 enden und die Sourcezone end and the source region 13 13 kann vollständig innerhalb der Bodyzone can completely inside the body zone 12 12 angeordnet sein, um dadurch entsprechend dem Bauelement gemäß be arranged, thereby corresponding to the device according to 13 13 einen Leistungs-MOSFET mit einem sich in vertikaler Richtung v erstreckenden Inversionskanal zu erhalten. to obtain a power MOSFET with an extending in the vertical direction v inversion channel.
  • [0141] [0141]
    Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 des Bauelements gemäß the component according to 15 15 kann entsprechend der Erläuterungen zu den , according to the explanations of the 8 8 bis to 12 12 verschaltet werden. be interconnected. Eine zweite Anschlusszone A second connection zone 44 44 der Driftsteuerzone the drift control zone 41 41 kann hierbei in der ersten lateralen Richtung x benachbart zu der weiteren Isolationsschicht can in this case in the first lateral direction x adjacent to the further insulating layer 24 24 der Gateelektrode the gate electrode 21 21 in der Driftsteuerzone in the drift control zone 41 41 angeordnet sein. be located.
  • [0142] [0142]
    Die zweite Anschlusszone The second connection zone 44 44 kann sich in nicht näher dargestellter Weise in der vertikalen Richtung v über die gesamte Tiefe des Bodygebiets can manifest itself in a manner not shown in the vertical direction v over the entire depth of the body region 12 12 erstrecken und/oder kann in dieser vertikalen Richtung bis zur Isolationsschicht extend and / or may in this vertical direction to the insulating layer 105 105 reichen. .-rich
  • [0143] [0143]
    Entsprechend der Ausführungen zu den According to the discussion of the 1 1 bis to 3 3 besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die Driftsteuerzone lediglich über die erste Anschlusselektrode it is of course also the possibility of the drift control zone only via the first terminal electrode 33 33 unter Zwischenschaltung oder ohne Zwischenschaltung einer Diode an das Drainpotential zu koppeln. to couple with the interposition or without interposition of a diode to the drain potential.
  • [0144] [0144]
    Die The 16 16 und and 17 17 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines auf einem SOI-Substrat basierenden lateralen Leistungs-MOSFET. show further embodiments of a system based on an SOI substrate lateral power MOSFET. Der Halbleiterkörper The semiconductor body 100 100 , in dem der MOSFET integriert ist, weist hierbei jeweils ein Halbleitersubstrat In which the MOSFET is integrated, in this case each has a semiconductor substrate 103 103 , eine auf dem Halbleitersubstrat , One on the semiconductor substrate 103 103 angeordnete Isolationsschicht arranged insulation layer 105 105 sowie eine oberhalb der Isolationsschicht as well as above the insulation layer 105 105 angeordnete Halbleiterschicht arranged semiconductor layer 104 104 auf, in der die aktiven Bauelementzonen des MOSFET integriert sind. on, in which the active device regions of the MOSFET are integrated.
  • [0145] [0145]
    Bei diesen Bauelementen gemäß der In these components according to the 16 16 und and 17 17 weist diese Isolationsschicht has this insulating layer 105 105 eine Aussparung a recess 106 106 auf, durch welche sich eine an die Bodyzone through which a body region of the 12 12 angrenzende Verbindungszone adjacent connecting zone 17 17 durch die Isolationsschicht through the insulating layer 105 105 bis in das Halbleitersubstrat up in the semiconductor substrate 103 103 erstreckt. extends. Diese Verbindungszone ist vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone This compound zone is of the same conductivity type as the body region 12 12 . , Das Halbleitersubstrat The semiconductor substrate 103 103 ist komplementär zu der Verbindungszone is complementary to the connecting region 17 17 dotiert. doped.
  • [0146] [0146]
    Bei dem Bauelement gemäß In the device according to 16 16 sind in dem Halbleitersubstrat are in the semiconductor substrate 103 103 komplementär zu dem Substrat dotierte Feldzonen complementary to the substrate doped field zones 18A 18A , . 18B 18B , . 18C 18C , . 18D 18D angeordnet, die in der ersten lateralen Richtung x beabstandet zueinander angeordnet sind und die sich unmittelbar an die Isolationsschicht arranged, which are arranged at a distance x in the first lateral direction each other and located directly on the insulating layer 105 105 anschließen. hook up. In der zweiten lateralen Richtung y sind diese Feldzonen In the second lateral direction y this field zones are 18A 18A - - 18D 18D in nicht näher dargestellter Weise streifenförmig ausgebildet. in a manner not shown strip-shaped. Die zu der Verbindungszone To the connection zone 17 17 nächstliegende Feldzone nearest field zone 18A 18A ist hierbei unmittelbar an die Verbindungszone is in this case directly on the connection zone 17 17 angeschlossen. connected. Der laterale Abstand zweier benachbarter Feldzonen The lateral distance between two adjacent field zones 18A 18A - - 18D 18D vergrößert sich vorzugsweise mit zunehmendem Abstand zu der Verbindungszone preferably increases with increasing distance from the connection zone 17 17 . ,
  • [0147] [0147]
    Die Feldzonen The field zones 18A 18A - - 18D 18D erfüllen die Funktion von Feldringen, wie sie von Randabschlüssen bei Leistungshalbleiterbauelementen bekannt sind und beeinflussen durch die dielektrische Isolationsschicht fulfill the function of field rings, as known from the edge of financial statements in power semiconductor devices and influenced by the dielectric insulating layer 105 105 hindurch die Feldverteilung in der Driftzone passing the field distribution in the drift region 11 11 mit dem Ziel einer Reduktion der Spannungsbelastung der Isolationsschicht with the aim of reducing the voltage stress of the insulating layer 105 105 bei einem auf einem gegebenen Potential liegenden Halbleitersubstrat at a given potential lying on a semiconductor substrate 103 103 . , Dieses Potential kann ein Massepotential bzw. Bezugspotential sein, kann jedoch auch dem Drainpotential entsprechen. This potential may be a ground potential or reference potential to be, but it can also correspond to the drain potential.
  • [0148] [0148]
    Dasselbe Ziel wird bei dem Bauelement gemäß The same object is according with the component 17 17 durch eine komplementär zu dem Halbleitersubstrat by a complementary to the semiconductor substrate 103 103 dotierte Feldzone doped field zone 19 19 erreicht, die so realisiert ist, dass deren in vertikaler Richtung v betrachtete Dotierstoffdosis mit zunehmendem Abstand zu der Verbindungszone achieved which is realized such that the dopant dose in the vertical direction v regarded with increasing distance from the connection zone 17 17 abnimmt. decreases. Eine solche Zone wird auch als VLD-Zone (VLD = Variation of Lateral Doping) bezeichnet. Such a zone is also called VLD zone (VLD = variation of lateral doping).
  • [0149] [0149]
    Bezug nehmend auf Referring to 17 17 kann in der Isolationsschicht can be in the insulating layer 105 105 unterhalb der Drainzone below the drain zone, 14 14 eine Aussparung a recess 106 106 vorgesehen werden, durch die eine Verbindungszone be provided by which a connection zone 28 28 von der Drainzone of the drain region 14 14 bis an das Halbleitersubstrat up to the semiconductor substrate 103 103 reicht. enough. Im Bereich der Aussparung ist optional eine Halbleiterzone In the area of the gap is optional semiconductor zone 27 27 vorhanden, die in der ersten lateralen Richtung bis unter die Isolationsschicht present, in the first lateral direction to below the isolation layer 105 105 reicht und die durch die Verbindungszone ranges and through the connecting zone 28 28 kontaktiert ist. is contacted. Optional können in dem Substrat im Bereich unterhalb der Drainzone Optionally, in the substrate in the region below the drain region 14 14 Feldringe Field rings 29A 29A , . 29B 29B vorgesehen sein, deren Funktion der Funktion der Feldringe in be provided, the function of the function of the field in rings 16 16 entspricht. corresponds. Die Verbindungszone The connection zone 28 28 , die Halbleiterzone , The semiconductor zone 27 27 in dem Substrat in the substrate 27 27 und die Feldringe sind vorzugsweise vom gleichen Leitungstyp wie die Drainzone and the field rings are preferably of the same conductivity type as the drain region 14 14 . , Vorzugsweise sind diese Zonen höher dotiert als die Driftzone Preferably, these zones are doped than the drift region 11 11 . ,
  • [0150] [0150]
    Bei den in den In the case of the 16 16 und and 17 17 dargestellten Bauelementen ist die Gateelektrode components shown, the gate electrode 21 21 als planare Elektrode oberhalb der Vorderseite as a planar electrode above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers angeordnet. the semiconductor body is arranged. Selbstverständlich kann diese Gateelektrode in nicht näher dargestellter Weise auch als Grabenelektrode entsprechend der Ausführungsbeispiele in den Of course, this gate electrode in a manner not shown as grave electrode according to the embodiments in the 13 13 bis to 15 15 realisiert werden. be realized.
  • [0151] [0151]
    Des Weiteren ist bei den Bauelementen gemäß der Furthermore, in the devices according to the 16 16 und and 17 17 die Driftsteuerzone the drift control zone 41 41 über eine Diode, die durch den pn-Übergang zwischen der ersten Anschlusszone via a diode formed by the pn junction between the first terminal zone 42 42 und der komplementär zu dieser dotierten Halbleiterzone and complementary to said doped semiconductor zone 43 43 gebildet ist, an die Drainelektrode is formed on the drain electrode 32 32 angeschlossen. connected. Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 ist außerdem über die zweite Anschlusselektrode is also on the second terminal electrode 34 34 kontaktiert. contacted. Die Verschaltung der Driftsteuerzone The interconnection of the drift control region 41 41 kann auf beliebige, anhand der may in any, on the basis of 8 8 bis to 12 12 bereits erläuterte Weise erfolgen. already explained done way. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Driftsteuerzone Moreover, there is also the possibility of the drift control zone 41 41 lediglich an Drainpotential zu koppeln, wie dies für die Ausführungsbeispiele in den only to couple to drain potential, as for the embodiments in the 1 1 bis to 3 3 erläutert wurde. has been explained.
  • [0152] [0152]
    Bei den zuvor erläuterten Bauelementen, die nicht auf einem SOI-Substrat basieren, bei denen die Driftzone In the above-described components that are not based on an SOI substrate, in which the drift region 11 11 also unmittelbar an ein darunter liegendes, beispielsweise komplementär zu der Driftzone ie directly to an underlying, for example, complementary to the drift region 11 11 dotiertes Halbleitersubstrat doped semiconductor substrate 103 103 angrenzt, ist in erläuterter Weise eine Isolationsschicht adjacent, in the manner explained an insulating layer 52 52 erforderlich, die die Driftsteuerzone required, the drift control zone 41 41 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert (vgl. beispielsweise isolated (see, for example, 1D 1D ). ). Diese Bauelemente basieren auf einer Grundstruktur, die ein Halbleitersubstrat These devices are based on a basic structure, the semiconductor substrate is a 103 103 , auf dem Halbleitersubstrat , On the semiconductor substrate 103 103 angeordnete Driftzonen arranged drift regions 11 11 und in lateraler Richtung benachbart zu den Driftzonen and laterally adjacent to the drift region 11 11 angeordnete Driftsteuerzonen arranged drift control zones 41 41 aufweist, wobei die Driftsteuerzonen durch ein Akkumulationsdielektrikum , wherein the drift control zones by a accumulation dielectric 51 51 von den Driftzonen of the drift region 11 11 und durch eine weitere Isolations- bzw. Dielektrikumsschicht and by a further insulation or dielectric 52 52 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert sind. are isolated.
  • [0153] [0153]
    Ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer solchen Bauelementgrundstruktur wird nachfolgend anhand von A possible method of manufacturing such a device basic structure is explained below with reference 18 18 erläutert. explained.
  • [0154] [0154]
    Bezug nehmend auf Referring to 18A 18A bildet den Ausgangspunkt des Verfahrens die Bereitstellung eines Halbleitersubstrats is the starting point of the method to provide a semiconductor substrate 103 103 . ,
  • [0155] [0155]
    Bezug nehmend auf Referring to 18B 18B wird auf einer der Seiten dieses Halbleitersubstrats is on either side of this semiconductor substrate 103 103 eine Isolationsschicht an insulating layer 52' 52 ' hergestellt. made. Diese Isolationsschicht This insulating layer 52' 52 ' ist beispielsweise eine Oxidschicht, die durch thermische Oxidation hergestellt werden kann, oder ein abgeschiedenes Oxid, wie beispielsweise TEOS (Tetraethylorthosilikat). For example, an oxide layer can be formed by thermal oxidation, or a deposited oxide, such as TEOS (tetraethylorthosilicate).
  • [0156] [0156]
    Die Isolationsschicht The insulating layer 52' 52 ' wird anschließend durch Entfernen einzelner Abschnitte der Isolationsschicht then by removing individual portions of the insulating layer 52' 52 ' derart strukturiert, dass streifenförmige Isolationsschichten structured such that strip-shaped insulating layers 52 52 entstehen, was im Ergebnis in den arise which result in the 18B 18B und and 18C 18C dargestellt ist. is shown. 18B 18B zeigt dabei einen Querschnitt durch die Anordnung mit dem Halbleitersubstrat shows a cross section through the arrangement with the semiconductor substrate 103 103 und der strukturierten Isolationsschicht, während and the patterned insulating layer, while 18C 18C eine Draufsicht zeigt. shows a plan view. Die einzelnen streifenförmigen Isolationsschichten The individual strip-shaped insulating layers 52 52 sind dabei in einer lateralen Richtung, die der zweiten lateralen Richtung y des späteren Bauelements entspricht, beabstandet zueinander angeordnet. are in a lateral direction corresponding to the second lateral direction Y of the subsequent device, spaced apart from each other. Die Breite der verbleibenden Isolationsschichten The width of the remaining insulation layers 52 52 in dieser zweiten lateralen Richtung y legt die Breite der späteren Driftsteuerzonen fest, während der gegenseitige Abstand zweier solcher Isolationsschichten in this second lateral direction y specifies the width of the later drift control zones fixed, while the distance between two such insulating layers 52 52 die Breite der späteren Driftzonen the width of the later drift zones 11 11 definiert. defined.
  • [0157] [0157]
    Bezug nehmend auf Referring to 18E 18E wird anschließend mittels eines Epitaxieverfahrens eine Halbleiterschicht then using an epitaxial semiconductor layer 104 104 auf dem Substrat on the substrate 103 103 mit der strukturierten Isolationsschicht with the patterned insulating layer 52 52 abgeschieden, wobei die Isolationsschichten deposited with the insulation layers 52 52 hierbei epitaktisch überwachsen werden. Here are epitaxially overgrown.
  • [0158] [0158]
    Je dicker die Halbleiterschicht The thicker the semiconductor layer 104 104 ausgeführt wird, desto niedriger ist der Einschaltwiderstand des fertigen Transistors. is executed, the lower the on-resistance of the final transistor. Die Dicke ist begrenzt durch die technischen Möglichkeiten der nachfolgenden Ätz- und Verfüllprozesse und deren Kosten. The thickness is limited by the technical possibilities of the subsequent etching and Verfüllprozesse and their costs. Typische Dicken liegen im Bereich von 2μm bis 40μm. Typical thicknesses range from 2 .mu.m to 40 .mu.m.
  • [0159] [0159]
    Bezug nehmend auf Referring to 18F 18F werden anschließend unter Verwendung einer Ätzmaske Thereafter, using an etching mask 200 200 ausgehend von der Vorderseite starting from the front 101 101 des aus dem Halbleitersubstrat of from the semiconductor substrate 103 103 und der Halbleiterschicht and the semiconductor layer 104 104 gebildeten Halbleiterkörpers formed semiconductor body 100 100 Gräben in den Halbleiterkörper Trenches in the semiconductor body 100 100 geätzt, die in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zueinander angeordnet sind und die derart positioniert sind, dass jeweils ein Graben im Bereich eines seitlichen Randes der Isolationsschichten etched which are spaced apart in the second lateral direction Y to each other and which are positioned in such a way that in each case a trench in the region of a lateral edge of the insulating layers 52 52 angeordnet ist. is arranged. Das Ätzen erfolgt beispielsweise mittels eines Ätzmittels, welches die Halbleiterschicht The etching is carried out for example by means of an etchant, which semiconductor layer, the 104 104 selektiv gegenüber dem Material der Isolationsschicht selective to the material of the insulating layer 52 52 ätzt, so dass die Isolationsschichten etched so that the insulating layers 52 52 beim Ätzen als Ätzstoppschichten dienen. the etching serve as etch stop layers.
  • [0160] [0160]
    Die Breite der Gräben The width of the trenches 107 107 ist durch die maximale Spannungsbelastung zwischen der späteren Driftzone is determined by the maximum voltage stress between the later drift zone 11 11 und Driftsteuerzone and drift control region 41 41 gegeben sowie durch das Verfahren zur Erzeugung der Dielektrikumsschicht. given and by the method for producing the dielectric layer. Wird die Dielektrikumsschicht durch thermische Oxidation des Halbleitermaterials hergestellt, so ist der Verbrauch an Halbleitermaterial bei der Grabenbreite zu berücksichtigen. The dielectric layer is formed by thermal oxidation of the semiconductor material, the consumption of semiconductor material in the grave width is taken into account. Typische Grabenbreiten liegen zwischen etwa 20nm und etwa 100nm bei thermisch oxidierten Dielektri kumsschichten sowie zwischen etwa 30nm und etwa 200nm bei dielektrischer Verfüllung der Gräben. Typical grave widths are between about 20 nm and about 100 nm thermally oxidized at Dielektri kumsschichten and between about 30 nm and about 200 nm in dielectric filling the trenches.
  • [0161] [0161]
    In diesen Gräben In these trenches 107 107 wird anschließend eine Dielektrikumsschicht hergestellt. a dielectric layer is then made. Diese Dielektrikumsschicht ist beispielsweise eine Oxidschicht und kann vor oder nach Entfernen der Ätzmaske This dielectric layer is an oxide layer, for example, and can take place before or after removal of the etching mask, 200 200 durch eine thermische Oxidation freiliegender Bereiche des Halbleiterkörpers by thermal oxidation of exposed regions of the semiconductor body 100 100 oder durch Abscheidung einer Isolatorschicht beispielsweise in einem CVD-Prozess oder einer Kombination beider Varianten erfolgen. or by deposition of an insulating layer, for example, in a CVD process or a combination of both. Sofern die thermische Oxidation nach Entfernen der Ätzmaske Provided that the thermal oxidation after removing the etching mask 200 200 erfolgt, entsteht eine Oxidschicht auch oberhalb der Vorderseite is performed, an oxide layer is formed also above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 , die dann – beispielsweise mittels eines anisotropen Ätzverfahrens – wieder zu entfernen ist. Which then - is to be removed again - for example, by an anisotropic etching process.
  • [0162] [0162]
    18G 18G zeigt den Halbleiterkörper shows the semiconductor body 100 100 nach Durchführung dieser Verfahrensschritte. after performing these steps. Basierend auf dieser in Based on this in 18G 18G dargestellten Grundstruktur können die zuvor erläuterten Halbleiterbauelemente realisiert werden, indem mittels üblicher, hinlänglich bekannter Dotierverfahren, die beispielsweise Implantations- und/oder Diffusionsschritte umfassen, die Body-, Source- und Drainzonen basic structure shown, the above-described semiconductor devices are realized by means of conventional, well known doping, including, for example implantation and / or diffusion steps, the Body, source and drain regions 12 12 , . 13 13 , . 14 14 der MOSFET-Struktur sowie die Anschlusszonen the MOSFET structure, and the connection zones 33 33 , . 34 34 der Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 hergestellt werden. be prepared.
  • [0163] [0163]
    Die Verwendung einer niedrigdotierten Driftsteuerzone The use of a low-doped drift control region 41 41 zur Steuerung eines Akkumulationskanals in einer Driftzone for controlling an accumulation channel in a drift region 11 11 eines Leistungshalbleiterbauelements ist nicht auf Leistungs-MOSFET beschränkt, sondern auf beliebige, eine Driftzone aufweisende Leistungshalbleiterbauelemente anwendbar. a power semiconductor device is not limited to power MOSFET, but to random drift zone having power semiconductor components applicable. Der Einsatz einer solchen Driftsteuerzone ist insbesondere anwendbar auf IGBT. The use of such drift control zone is particularly applicable to the IGBT. Solche IGBT unterscheiden sich von den bisher anhand der Figuren erläuterten Leistungs-MOSFET dadurch, dass die Drainzone Such IGBT differ from those previously described with reference to FIGS power MOSFET in that the drain region 14 14 , die bei einem IGBT auch als Emitterzone bezeichnet wird, komplementär zu der Driftzone dotiert ist. , Which is referred to in an IGBT as an emitter region is doped complementarily to the drift zone. Besondere Vorteile bietet die Verwendung einer niedrigdotierten Driftsteuerzone Particular advantages of using a lightly doped drift control region 41 41 zur Steuerung eines Akkumulationska nals in einer Driftzone for controlling a Akkumulationska nals in a drift region 11 11 bei unipolaren Leistungshalbleitern. in unipolar power semiconductors.
  • [0164] [0164]
    Ein weiteres Anwendungsbeispiel für eine niedrigdotierte, benachbart zu einer Driftzone angeordnete Driftsteuerzone sind Leistungs-Schottky-Dioden. Another example of a lightly doped adjacent to a drift zone arranged drift control region are power Schottky diodes. Derartige Schottky-Dioden unterscheiden sich von den bisher erläuterten Leistungs-MOSFET dadurch, dass anstelle der Bodyzone Such Schottky diodes differ from the previously described power MOSFET in that instead of the body zone 12 12 eine Schottky-Metallzone vorhanden ist und das darüber hinaus keine Gateelektrode vorhanden ist. a Schottky metal zone is present and in addition, no gate electrode is present.
  • [0165] [0165]
    19 19 zeigt in Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß shows according to a modification of the embodiment 3 3 ein Beispiel einer solchen Leistungs-Schottky-Diode. an example of such power Schottky diode. Das Bezugszeichen Numeral 71 71 bezeichnet hierbei die Schottky-Metallzone, die sich an die Driftzone designated the Schottky metal zone extending to the drift region 11 11 anschließt und die mit der Driftzone followed and the drift region 11 11 einen Bauelementübergang a component junction 72 72 bildet, ausgehend von dem sich bei sperrendem Bauelement, eine Raumladungszone in der Driftzone forms the basis of the component in the off at, a space charge region in the drift region 11 11 ausbreitet. spreads. Die Schottky-Metallzone The Schottky metal zone 71 71 bildet bei diesem Bauelement eine Anodenzone, während die in der Driftzone In this component forms an anode zone, while in the drift region 11 11 angeordnete hochdotierte Halbleiterzone arranged highly doped semiconductor region 14 14 , die bei einem MOSFET dessen Drainzone bildet, eine Kathodenzone der Schottky-Diode bildet. Forming a drain zone at a MOSFET, constitutes a cathode region of the Schottky diode. Diese Schottky-Diode sperrt, wenn eine positive Spannung zwischen der Kathodenzone This Schottky diode blocks, when a positive voltage between the cathode zone 14 14 und der Anodenzone and the anode region 61 61 anliegt. is applied.
  • [0166] [0166]
    Bei den bisher erläuterten erfindungsgemäßen Leistungsbauelementen sind die Driftzone In the inventive power devices discussed so far are the drift region 11 11 und die Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 in der zweiten lateralen Richtung y des Halbleiterkörpers in the second lateral direction y of the semiconductor body 100 100 benachbart zueinander und durch das Akkumulationsdielektrikum adjacent to each other and by the accumulation 51 51 voneinander getrennt angeordnet. kept separate. Eine Fläche des Akkumulationsdielektrikums A surface of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 , entlang derer sich der Akkumulationskanal in der Driftzone Along which the accumulation channel in the drift region 11 11 bei leitend angesteuertem Bauelement ausbreitet, verläuft hierbei senkrecht zu der Vorderseite propagates when the component, in this case perpendicular to the front 101 101 des Halbleiterkörpers. of the semiconductor body.
  • [0167] [0167]
    Die The 20A 20A bis to 20D 20D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen lateralen Leistungshalbleiter bauelements. show another embodiment of a lateral power semiconductor device according to the invention. Driftsteuerzonen Drift control zones 41 41 sind bei diesem Bauelement in einer vertikalen Richtung v eines Halbleiterkörpers are in this component in a vertical direction v of a semiconductor body 100 100 benachbart zu einer Driftzone adjacent to a drift region 11 11 bzw. zu einzelnen Abschnitten dieser Driftzone or to individual sections of the drift region 11 11 angeordnet. arranged. 20A 20A zeigt dieses Halbleiterbauelement in Draufsicht auf eine Vorderseite shows this semiconductor device in a plan view on a front side 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 , . 20B 20B zeigt dieses Bauelement in einem vertikalen Querschnitt JJ, shows this device in a vertical cross-section JJ, 20C 20C zeigt das Bauelement in einem weiteren vertikalen Querschnitt KK und shows the device in a further vertical cross-section and KK 20D 20D zeigt das Bauelement in einer parallel zur Vorderseite shows the component in a direction parallel to the front face 101 101 verlaufenden lateralen Schnittebene LL. extending lateral cutting plane LL.
  • [0168] [0168]
    Die einzelnen Driftsteuerzonen The individual drift control zones 41 41 sind durch ein Akkumulationsdielektrikum are characterized by a accumulation dielectric 51 51 gegenüber der Driftzone opposite the drift region 11 11 isoliert und sind elektrisch an die Drainzone isolated and electrically to the drain region 14 14 bzw. die Drainelektrode or the drain electrode 32 32 gekoppelt, was in den coupled, which in the 20B 20B und and 20C 20C schematisch durch eine die einzelnen Driftsteuerzonen schematically by the individual drift control zones 41 41 und die Drainelektrode and the drain electrode 32 32 kontaktierende Leitungsverbindung dargestellt ist. contacted wiring is shown.
  • [0169] [0169]
    Zur Kontaktierung der Driftsteuerzonen To contact the drift control zones 41 41 ist eine erste Anschlusselektrode a first terminal electrode 33 33 vorhanden, die sich ausgehend von der Vorderseite present, which, starting from the front side 101 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hineinerstreckt und die jeweils die Driftsteuerzonen extends into the vertical direction in the semiconductor body and each having the drift control zones 41 41 kontaktiert, die gegenüber der Driftzone contacted opposite to the drift region 11 11 jedoch isoliert ist. however, is insulated. 20E 20E zeigt das Bauelement im Bereich dieses Anschlusskontakts shows the component in the region of this connection contact 33 33 im Querschnitt. in cross section. Der Anschlusskontakt The terminal contact 33 33 befindet sich dabei an dem der Drainzone is in this case where the drain region 14 14 zugewandten Ende der Driftsteuerzonen end facing the drift control zones 41 41 . , In der zweiten lateralen Richtung y kann dieser Anschlusskontakt an einer beliebigen Position angeordnet sein. In the second lateral direction y may be disposed at an arbitrary position of the terminal contact. In In 20A 20A ist eine mögliche Position dieses Anschlusskontakts is a possible position of this connection contact 33 33 , der beispielsweise einen quadratischen Querschnitt besitzt, eingezeichnet. , For example, has a square cross-section located.
  • [0170] [0170]
    Der Anschlusskontakt The terminal contact 33 33 ist oberhalb der Vorderseite is above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers mittels einer Anschlussverbindung of the semiconductor body by means of a terminal connection 35 35 an die Drainelektrode to the drain electrode 32 32 angeschlossen und oberhalb der Vorderseite mittels einer Isolationsschicht connected and above the front side by means of an insulation layer 56 56 zumindest gegenüber der Driftzone at least relative to the drift region 11 11 isoliert. isolated. Das Bezugszeichen Numeral 55 55 in in 20E 20E bezeichnet eine vertikale Isolationsschicht, welche die Driftzone denotes a vertical insulation layer drift zone 11 11 innerhalb des Halbleiterkörpers within the semiconductor body 100 100 gegenüber der sich in den Halbleiterkörper with respect to the semiconductor body in the 100 100 hineinerstreckenden Anschlusselektrode hineinerstreckenden terminal electrode 33 33 isoliert. isolated.
  • [0171] [0171]
    Um die Driftsteuerzonen To the drift control zones 41 41 an ihrem der Bodyzone at their the body zone 12 12 bzw. der Sourcezone and the source zone 13 13 zugewandten Ende kontaktieren zu können ist eine zu der erläuterten ersten Anschlusselektrode to be able to contact the end facing to the first one described terminal electrode 33 33 entsprechende zweite Anschlusselektrode corresponding second terminal electrode 34 34 vorhanden, die sich am body- bzw. sourceseitigen Ende der Driftsteuerzonen present, at the body- or source-side end of the drift control zones 41 41 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper in the vertical direction in the semiconductor body 100 100 hineinerstreckt und die die Driftsteuerzonen hineinerstreckt and the drift control zones 41 41 kontaktiert, gegenüber den Driftzonen contacted, over the drift zones 11 11 jedoch isoliert ist. however, is insulated. Eine mögliche Position dieser zweiten Anschlusselektrode A possible position this second terminal electrode 34 34 , die optional vorhanden ist, ist in Which is optionally present, is in 20A 20A ebenfalls gestrichelt eingezeichnet. also dashed lines. In den Driftsteuerzonen sind in dem Beispiel zweite Anschlusszonen In the drift control zones are in the example second connection zones 44 44 vorhanden, die komplementär zu den Driftsteuerzonen present that is complementary to the drift control zones 41 41 dotiert sind und die durch die zweite Anschlusselektrode kontaktiert sind. doped and which are contacted by the second terminal electrode.
  • [0172] [0172]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 können auf eine beliebige, anhand der may on an arbitrary basis of the 8 8 bis to 12 12 erläuterten Weise an die Drainelektrode explained manner to the drain electrode 32 32 und die Sourceelektrode and the source electrode 31 31 angeschlossen werden. be connected. Um die Driftsteuerzonen To the drift control zones 41 41 beispielsweise über eine Diode an die Drainelektrode for example, via a diode to the drain electrode 32 32 anzuschließen, können in den Driftsteuerzonen to connect, can in the drift control zones 41 41 im Bereich des Anschlusskontakts in the area of the terminal 35 35 Anschlusszonen Junction zones 43 43 vorgesehen sein, die komplementär zu den übrigen Bereichen der Driftsteuerzone be provided that are complementary to the remaining regions of the drift control zone 41 41 dotiert sind. are doped. Solche Anschlusszonen sind in Such connection zones are in 20E 20E dargestellt. shown. Insbesondere kann zwischen die Anschlusszone In particular, between the contiguous zone 43 43 und die Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 eine hochdotierte Zone eingebracht werden, die komplementär zur Anschlusszone a highly doped region are introduced that are complementary to the contiguous zone 43 43 dotiert ist, und bei Anliegen einer sperrenden Drainspannung den Abfluss akkumulierter Löcher aus der Driftsteuerzone zur Anschlusselektrode doped, and upon application of a blocking drain voltage to drain accumulated holes from the drift control zone to the terminal electrode 33 33 hin verhindern kann. can prevent out. Entsprechend können zum Anschließen der Driftsteuerzonen Correspondingly, for connecting the drift control zones 41 41 an die Sourceelektrode to the source electrode 31 31 in den Driftsteuerzonen in the drift control zones 41 41 im Bereich des wei teren Anschlusskontakts in the area of white direct connection contact 37 37 komplementär zu der Driftsteuerzone complementary to the drift control region 41 41 dotierte Anschlusszonen doped connection zones 44 44 vorgesehen sein. be provided.
  • [0173] [0173]
    Bei dem in In the in 20 20 dargestellten Bauelement weist die Bodyzone component shown, the Body Zone 12 12 komplementär zu der Driftzone complementary to the drift region 11 11 dotierte Abschnitte doped sections 18 18 auf, die sich in der ersten lateralen Richtung x in Richtung der Drainzone , which extend in the first lateral direction x in the direction of the drain zone 14 14 erstrecken. extend. Durch diese Gestaltung der Bodyzonen This design of the body zones 18 18 sind die sperrenden pn-Übergänge von Driftzonen are the blocking pn-junctions of drift regions 11 11 und Driftsteuerzonen and drift control zones 41 41 in der ersten vertikalen Richtung x übereinander und somit der Verlauf der elektrischen Feldstärke und der Raumladungszonen in diesen beiden Halbleiterbereichen praktisch gleich. in the first vertical direction x above the other and therefore the course of the electric field strength and of the space charge zones in these two semiconductor regions virtually the same. Dadurch reduziert sich die statische Spannungsbelastung über dem Akkumulationsdielektrikum This reduces the static voltage stress across the accumulation dielectric 51 51 im Sperrbetrieb. in blocking operation.
  • [0174] [0174]
    Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 des in in the 20 20 dargestellten MOSFET ist als planare Elektrode oberhalb der Vorderseite MOSFET is shown as a planar electrode above the front side 101 101 des Halbleiterkörpers angeordnet. the semiconductor body is arranged. Die Sourcezone The source region 13 13 ist vollständig von der Bodyzone completely from the body zone 12 12 umgeben, wobei sich bei leitend angesteuertem Bauelement unterhalb der Vorderseite surrounded, whereby when the component below the front 101 101 des Halbleiterkörpers the semiconductor body 100 100 ein Inversionskanal in der ersten lateralen Richtung x zwischen der Sourcezone an inversion channel in the first lateral direction x between the source region 13 13 und der Driftzone and the drift region 11 11 ausbildet. forms. Die Flächen des Akkumulationsdielektrikums The surfaces of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 zwischen den Driftsteuerzonen between the drift control zones 41 41 und der Driftzone and the drift region 11 11 verlaufen im dargestellten Beispiel parallel zur Vorderseite run in the example shown parallel to the front 101 101 , so dass sich Akkumulationskanäle in den Driftzonen So that accumulation channels in the drift region 11 11 bei leitend angesteuertem Bauelement ebenfalls parallel zur Vorderseite when the component is also parallel to the front 101 101 des Halbleiterkörpers ausbilden. of the semiconductor body form.
  • [0175] [0175]
    Die The 21A 21A bis to 21C 21C zeigen eine Abwandlung des in show a modification of the in 20 20 dargestellten Bauelements. component illustrated. Bei diesem Bauelement ist die Gateelektrode In this device, the gate electrode is 21 21 als Trench-Elektrode realisiert, die sich ausgehend von der Vorderseite implemented as a trench electrode extending from the front 101 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper in the vertical direction in the semiconductor body 100 100 hineinerstreckt. hineinerstreckt. 21A 21A zeigt eine Draufsicht auf die Vorderseite shows a plan view of the front 101 101 des Halbleiterkörpers, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung von Source-, Drain- und Gateelektroden verzichtet ist. of the semiconductor body, being omitted for reasons of clarity of the illustration of source, drain and gate electrodes. 21B 21B zeigt einen durch die Gateelektrode shows a by the gate electrode 21 21 gehenden vertikalen Querschnitt des Bauelements. continuous vertical cross-section of the component. 21C 21C zeigt einen vertikalen Querschnitt des Bauelements in einer Ebene, die in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zu der Gateelektrode shows a vertical cross section of the component in a plane that is spaced in the second lateral direction y to the gate electrode 21 21 liegt. is located.
  • [0176] [0176]
    Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 des Bauelements ist derart angeordnet, dass sie sich umgeben von dem Gatedielektrikum the device is arranged such that they surround themselves of the gate dielectric 22 22 in der ersten lateralen Richtung x von der Sourcezone in the first lateral direction X from the source region 13 13 durch die Bodyzone by the Body Zone 12 12 bis in die Driftzone to the drift region 11 11 erstreckt. extends. Bei leitend angesteuertem Bauelement bildet sich hierbei ein Inversionskanal in der Bodyzone When the component is hereby forms an inversion channel in the body zone 12 12 entlang der Seitenflächen der Gateelektrode along the side surfaces of the gate electrode 21 21 in der ersten lateralen Richtung aus. in the first lateral direction.
  • [0177] [0177]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind in nicht näher dargestellter Weise entsprechend der Driftsteuerzonen are not shown manner corresponding to the drift control zones 41 41 des Bauelements in of the component in 20 20 über die erste Anschlusselektrode via the first terminal electrode 33 33 ( ( 21A 21A ) an die Drainelektrode ) To the drain electrode 32 32 und über die optional vorhandene zweite Anschlusselektrode and the optionally present second terminal electrode 34 34 ( ( 21A 21A ) an die Sourceelektrode ) To the source electrode 31 31 anschließbar. connected.
  • [0178] [0178]
    Die Gatestruktur kann auch entsprechend der Ausführungen zu The gate structure may also according to the embodiments 14 14 , einschließlich der dort angegebenen Alternativen ausgeführt sein. Be executed, including the alternatives specified there.
  • [0179] [0179]
    Die The 22A 22A bis to 22D 22D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lateralen Leistungs-MOSFET, bei dem Driftsteuerzonen show another embodiment of a lateral power MOSFET in which drift control zones 41 41 in vertikaler Richtung v eines Halbleiterkörpers v in the vertical direction of a semiconductor body 100 100 benachbart zu Abschnitten einer Driftzone adjacent portions of a drift region 11 11 angeordnet sind. are arranged. 22A 22A zeigt dabei eine Draufsicht auf die Vorderseite shows a plan view of the front 101 101 des Halbleiterkörpers, die of the semiconductor body which 22B 22B und and 22C 22C zeigen vertikale Querschnitte des Halbleiterkörpers in zwei in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zueinander angeordneten Schnittebenen OO und PP. show vertical cross sections of the semiconductor body into two in the second lateral direction y mutually spaced cutting planes OO and PP. 22D 22D zeigt einen lateralen Querschnitt durch den Halbleiterkörper in einer in den shows a lateral cross-section through the semiconductor body in an in 22B 22B und and 22C 22C dargestellten Schnittebene QQ. sectional plane shown QQ.
  • [0180] [0180]
    Die Gateelektrode The gate electrode 21 21 weist bei diesem Bauelement mehrere Elektrodenabschnitte auf, die in vertikaler Richtung v des Halbleiterkörpers In this component has a plurality of electrode portions, in the vertical direction v of the semiconductor body 100 100 beabstandet zueinander angeordnet sind. are spaced apart from one another. Die einzelnen Gateelektrodenabschnitte The single gate electrode portions 21 21 sind in der ersten lateralen Richtung x bei diesem Bauelement jeweils benachbart zu den Driftsteuerzonen are respectively adjacent to the drift control zones in the first lateral direction x in this component 41 41 angeordnet und durch eine Isolationsschicht arranged and by an insulation layer 24 24 gegenüber diesen Driftsteuerzonen to these drift control zones 41 41 isoliert. isolated. Die Bodyzone The Body Zone 12 12 weist mehrere Bodyzonenabschnitte auf, von denen jeweils einer in der ersten lateralen Richtung x anschließend an einen Abschnitt der Driftzone includes a plurality of body region portions, each of which in the first lateral direction x, then a portion of the drift region 11 11 und in vertikaler Richtung v benachbart zu mindestens einem Abschnitt der Gateelektrode and v in the vertical direction adjacent to at least a portion of the gate electrode 21 21 angeordnet ist. is arranged. Das zwischen einem Gateelektrodenabschnitt Between a gate electrode portion 21 21 und einem Bodyzonenabschnitt and a body zone section 12 12 angeordnet Gatedielektrikum arranged gate dielectric 22 22 und das Akkumulationsdielektrikum and the accumulation 51 51 , das zwischen der zu dem Gateelektrodenabschnitt That between the gate electrode portion to the 21 21 benachbarten Driftsteuerzone adjacent drift control region 41 41 und der anschließend an den Bodyzonenabschnitt and then to the body zone section 12 12 angeordneten Driftzone arranged drift zone 11 11 ausgebildet ist, ist bei diesem Bauelement durch eine gemeinsame Dielektrikumsschicht gebildet. is formed in this component is formed by a common dielectric layer.
  • [0181] [0181]
    An die Bodyzonenabschnitte On the body zone sections 12 12 schließen sich in der ersten lateralen Richtung x jeweils Abschnitte der Sourcezone close in the first lateral direction x respectively portions of the source zone 13 13 an, die durch eine Sourceelektrode , which by means of a source electrode 31 31 kontaktiert sind, die sich ausgehend von der Vorderseite are contacted, which, starting from the front side 101 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper in the vertical direction in the semiconductor body 100 100 hineinerstreckt. hineinerstreckt.
  • [0182] [0182]
    Die einzelnen Gateelektrodenabschnitte The single gate electrode portions 21 21 , die einzelnen Bodyzonenabschnitte That each body zone sections 12 12 sowie die einzelnen Sourcezonenabschnitte and the individual source zone sections 13 13 sind bei diesem Bauelement entsprechend der Driftsteuerzonen are in this component corresponding to the drift control zones 41 41 und der Driftzonen and the drift zones 11 11 in der zweiten lateralen Richtung y streifenförmig ausgebildet. strip-shaped in the second lateral direction y.
  • [0183] [0183]
    Entsprechend der Sourcezone According to the source zone 13 13 weist die Drainzone has the drain region 14 14 bei diesem Bauelement ebenfalls mehrere Abschnitte auf, wobei sich jeweils ein Drainzonenabschnitt In this component, also several sections, with each having a drain zone section 14 14 an einen Driftzonenabschnitt to a drift zone section 11 11 anschließt. connects. Die einzelnen Drainzonenabschnitte The individual drain zone sections 14 14 sind durch eine Drainelektrode are characterized by a drain electrode 32 32 kontaktiert, die sich ausgehend von der Vorderseite contacted, which, starting from the front side 101 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper in the vertical direction in the semiconductor body 100 100 hineinerstreckt. hineinerstreckt. Die einzelnen Drainzonenabschnitte The individual drain zone sections 14 14 sind entsprechend der Sourcezonenabschnitte are respectively the source zone sections 13 13 in der zweiten vertikalen Richtung y streifenförmig, und damit langgestreckt ausgebildet. in the second vertical direction y in strip form, and thus formed elongated.
  • [0184] [0184]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind bei diesem Bauelement in der ersten lateralen Richtung x durch vertikale Isolationsschichten In this component are in the first lateral direction x by vertical insulation layers 57 57 gegenüber der Drainelektrode with respect to the drain electrode 32 32 bzw. gegenüber einer Halbleiterzone or with respect to a semiconductor region 45 45 , die zwischen diese Isolationsschicht Between this insulating layer 57 57 und der Drainelektrode and the drain electrode 32 32 angeordnet ist, isoliert. is arranged isolated.
  • [0185] [0185]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 sind in nicht näher dargestellter Weise entsprechend der Driftsteuerzonen are not shown manner corresponding to the drift control zones 41 41 des Bauelements in of the component in 20 20 über die erste Anschlusselektrode via the first terminal electrode 33 33 ( ( 21A 21A ) an die Drainelektrode ) To the drain electrode 32 32 und über die optional vorhandene zweite Anschlusselektrode and the optionally present second terminal electrode 34 34 ( ( 21A 21A ) an die Sourceelektrode ) To the source electrode 31 31 anschließbar. connected. Eine mögliche Position der ersten und zweiten Anschlusselektroden One possible position of the first and second terminal electrodes 33 33 , . 34 34 ist in is in 22A 22A dargestellt. shown. Bezug nehmend auf Referring to 22A 22A können innerhalb der einzelnen Driftsteuerzonen , within each drift control zones 41 41 komplementär zu der Driftsteuerzone complementary to the drift control region 41 41 dotierte Anschlusszonen doped connection zones 44 44 vorhanden sein, die durch die Anschlusselektrode be provided by the terminal electrode 34 34 kontaktiert sind. are contacted. Auf diese Weise kann eine Diode zum Anschließen der Driftsteuerzone In this way, a diode can be used to connect the drift control region 41 41 an die Sourceelektrode to the source electrode 31 31 bzw. die Sourcezone and the source zone 13 13 realisiert werden. be realized.
  • [0186] [0186]
    Das Vorsehen von Driftsteuerzonen The provision of drift control zones 41 41 , die in vertikaler Richtung eines Halbleiterkörpers jeweils benachbart zu Driftzonenabschnitten , To the drift region in each case adjacent sections in the vertical direction of a semiconductor body 11 11 angeordnet sind, ist selbstverständlich nicht auf die in den are arranged, is not self-evident to in 20 20 bis to 22 22 erläuterten Leistungs-MOSFET beschränkt, sondern solche Driftsteuerzonen described power MOSFET is limited, but such drift control zones 41 41 können bei beliebigen, eine Driftzone aufweisenden Leistungsbauelementen, insbesondere Schottky-Dioden, vorgesehen werden. may be obtained at any desired, a drift region having power devices, particularly Schottky diodes, can be provided. Schottky-Dioden unterscheiden sich von den zuvor erläuterten MOSFET dadurch, dass keine Gateelektroden vorhanden sind und das anstelle der Body- und Sourcezonen eine Schottky- Metallzone vorgesehen ist, die sich an die Driftzone anschließt. Schottky diodes are different from the previously described MOSFET in that no gate electrodes are present and a Schottky is provided in place of the body and source zones metal zone adjoins the drift region.
  • [0187] [0187]
    Bei den anhand der At the basis of the 20 20 bis to 22 22 erläuterten lateralen Leistungsbauelementen sind stapelartige Bauelementstrukturen vorhanden, bei denen in vertikaler Richtung v des Halbleiterkörpers explained lateral power devices are stack-like component structures exist, where in the vertical direction v of the semiconductor body 100 100 aufeinanderfolgend eine Halbleiterschicht als Driftzone successively a semiconductor layer as a drift region 11 11 , eine Dielektrikumsschicht als Akkumulationsdielektrikum A dielectric layer as accumulation dielectric 51 51 und eine weitere Halbleiterschicht als Driftsteuerzone and a further semiconductor layer as a drift control region 41 41 und auf dieser Driftsteuerzone eine weitere Dielektrikumsschicht als weiteres Akkumulationsdielektrikum and on this drift control region another dielectric layer as a further accumulation dielectric 51 51 vorhanden sind. are available. Diese Struktur kann sich in vertikaler Richtung mehrfach wiederholen, um in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers jeweils abwechselnd mehrere Driftzonen This structure can be repeated several times in the vertical direction in the vertical direction of the semiconductor body alternately several drift zones 11 11 und mehrere Driftsteuerzonen and several drift control zones 41 41 zu realisieren, die jeweils durch ein Akkumulationsdielektrikum to realize each defined by a accumulation dielectric 51 51 voneinander getrennt sind. are separated. Die Halbleiterschichten, die die einzelnen Driftzonen The semiconductor layers which each drift region 11 11 bzw. die einzelnen Driftzonenabschnitte und die einzelnen Driftsteuerzonen or each drift region portions and the individual drift control zones 41 41 bilden, können dabei in vertikaler Richtung jeweils gleiche Abmessungen besitzen und jeweils gleiche Dotierungskonzentrationen aufweisen. form, may each have the same dimensions in the vertical direction and each having the same dopant concentrations.
  • [0188] [0188]
    Schichtanordnungen, bei denen abwechselnd eine Halbleiterschicht und eine Dielektrikumsschicht vorhanden ist, lassen sich auf unterschiedliche Weise erzeugen: Layer arrangements in which a semiconductor layer and a dielectric layer is alternately available, can be produced in different ways:
    Ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtstapels besteht darin, in einer Halbleiterschicht in unterschiedlichen Tiefen vergrabene Isolationsschichten herzustellen. A possible method for producing such a layer stack is to produce buried insulation layers in a semiconductor layer in different depths. Hierzu werden Sauerstoffionen über eine Oberfläche in die Halbleiterschicht implantiert. For this purpose, oxygen ions are implanted over a surface in the semiconductor layer. An diese Sauerstoffimplantation schließt sich ein Temperaturschritt an, der in den Bereichen, in die Sauerstoff eingebracht wurde, die Entstehung eines Halbleiteroxids bewirkt, welches eine Isolationsschicht bildet. At this oxygen implantation step is followed by a temperature, which was introduced into the areas in the oxygen causes the formation of a semiconductor oxide, which forms an insulation layer. Die Implantationsenergie, mit der die Sauerstoffionen in den Halbleiterkörper implantiert werden, bestimmt die Eindringtiefe der Sauerstoffionen und damit die Position der Isolationsschicht in vertikaler Richtung der Halbleiterschicht. The implantation energy, with which the oxygen ions are implanted into the semiconductor body, determines the penetration depth of the oxygen ions and thus the position of the insulation layer in the vertical direction of the semiconductor layer. Durch Anwendung unterschiedlicher Implantationsenergien lassen sich durch dieses Verfahren mehrere Isolationsschichten erzeugen, die in der Bestrahlungsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind. By applying different implantation energies can be produced by this method several insulation layers generate, which are spaced apart in the irradiation direction from each other.
  • [0189] [0189]
    Mittels dieses Verfahrens lassen sich auch Isolationsschichten erzeugen, die senkrecht zur Oberfläche der Halbleiterschicht verlaufen. By this method can also produce insulating layers extending perpendicular to the surface of the semiconductor layer. Hierzu erfolgt die Sauerstoffimplantation maskiert unter Verwendung einer Maske, wobei die Maske die Position und die Abmessungen der Isolationsschicht in lateraler Richtung der Halbleiterschicht und die angewendete Implantationsenergie die Position und die Abmessungen dieser Isolationsschicht in vertikaler Richtung der Halbleiterschicht bestimmen. For this purpose the oxygen implantation is masked using a mask, wherein the mask determine the position and the dimensions of the insulating layer in the lateral direction of the semiconductor layer and the applied implantation energy, the position and the dimensions of this insulating layer in a vertical direction of the semiconductor layer.
  • [0190] [0190]
    Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Schichtstapels, der abwechselnd eine Halbleiterschicht und eine Dielektrikumsschicht aufweist, sieht zunächst die Herstellung eines Halbleiterschichtstapels vor, der abwechselnd eine Siliziumschicht und eine Silizium-Germanium-Schicht aufweist. Another method for the preparation of a layer stack which has a semiconductor layer and a dielectric layer alternately, first provides for the preparation of a semiconductor layer stack having a silicon layer and a silicon-germanium layer alternately. Ein solcher Halbleiterschichtstapel kann durch epitaktische Abschaltung in bekannter Weise hergestellt werden. Such a semiconductor layer stack can be produced by epitaxial shutdown in a known manner. Die Abmessungen der Silizium-Germanium-Schichten in vertikaler Richtung des entstehenden Schichtstapels, dh senkrecht zu den einzelnen Schichten, sind dabei geringer als die Abmessungen der einzelnen Siliziumschichten. The dimensions of the silicon-germanium layers in the vertical direction of the resulting stack of layers, ie, perpendicular to the individual layers, thereby are less than the dimensions of the individual silicon layers. In diesen Schichtstapeln werden anschließend ausgehend von der Vorderseite Gräben erzeugt, über welche durch ein Ätzmittel selektiv Bereiche der Silizium-Germanium-Schichten ausgehend von den Gräben weggeätzt werden, so dass Hohlräume zwischen jeweils zwei in vertikaler Richtung jeweils benachbarten Siliziumschichten entstehen. In these trenches layer stacks are then starting from the front generated by means of which selectively regions of the silicon-germanium layers are etched away, starting from the trenches by an etchant, so that the cavities between each two vertically adjacent silicon layers are formed. In diesen Hohlräumen wird anschließend ein Halbleiteroxid erzeugt, indem bei geeigneten Oxidationstemperaturen ein oxidierendes Gas über den zuvor erzeugten Graben in die Hohlräume des Schichtstapels eingebracht wird. Subsequently, a semiconductor oxide in these cavities is created by an oxidizing gas is introduced via the previously generated trench into the cavities of the layer stack at appropriate oxidation temperatures.
  • [0191] [0191]
    Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung eines Schichtstapels, der abwechselnd Halbleiterschichten und Isolationsschichten aufweist, besteht darin, das anhand der Another method for producing a layer stack which comprises alternating semiconductor layers and insulating layers, is the basis of the 18A 18A bis to 18E 18E erläuterte Verfahren, bei dem Isolationsschichten epitaktisch mit einer Halbleiterschicht überwachsen werden, mehrfach durchzuführen, dh auf eine aufgewachsene Epitaxieschicht erneut eine strukturierte Isolationsschicht und auf diese erneut eine Epitaxieschicht aufzuwachsen. method explained, are grown epitaxially with a semiconductor layer in which insulating layers repeatedly perform, ie again re-grow a grown epitaxial layer on a patterned insulating layer and on this an epitaxial layer.
  • [0192] [0192]
    Ein Schichtstapel, der abwechselnd Halbleiterschichten und Isolationsschichten aufweist, kann außerdem durch Anwendung des sogenannten SmartCut-Verfahrens hergestellt werden. A layer stack which comprises alternating semiconductor layers and insulation layers, can also be prepared by application of the so-called SmartCut process. Bei einem SmartCut-Verfahren ist grundsätzlich vorgesehen, von einer Halbleiterschicht eine dünne Halbleiterschicht dadurch "abzusprengen", dass Wasserstoffionen in eine gegebene Tiefe implantiert und anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt wird. In a SmartCut method is basically provided by a semiconductor layer of a thin semiconductor layer by "abzusprengen" that hydrogen ions are implanted into a given depth and then a temperature step is performed. Dieses SmartCut-Verfahren lässt sich zur Herstellung eines Halbleiter-Isolator-Schichtstapels verwenden, indem mittels eines Waferbonding-Verfahrens eine eine Isolationsschicht aufweisende Halbleiterschicht derart auf eine weitere, an der Oberfläche oxidierte Halbleiterschicht aufgebracht wird, dass die Isolationsschicht zwischen diesen beiden Halbleiterschichten angeordnet ist. This SmartCut method can be used for manufacturing a semiconductor-insulator-layer stack by a an insulating layer containing semiconductor layer is so applied to a further oxidized on the surface semiconductor layer by a wafer bonding method is that the insulating layer between these two semiconductor layers is arranged. Mittels des SmartCut-Verfahrens wird die aufgebondete Halbleiterschicht dann derart abgesprengt, dass auf der Trägerschicht die Isolationsschicht und eine dünne Schicht der aufgebondeten Halbleiterschicht verbleibt. By means of the SmartCut method, the aufgebondete semiconductor layer is then broken off in such a way that on the carrier layer remains, the insulating layer and a thin layer of the bonded semiconductor layer. Auf diese dünne Halbleiterschicht, die anschließend oxidiert wird, wird dann erneut eine mit einer Isolationsschicht versehene Halbleiterschicht aufgebondet und die aufgebondete Schicht wird erneut mittels des SmartCut-Verfahrens abgesprengt. In this semiconductor thin film, which is subsequently oxidized, an insulating layer provided with a semiconductor layer is then bonded on again and the aufgebondete layer is blown off again by means of the SmartCut process. Diese Verfahrensschritte können mehrfach durchgeführt werden, um einen Halbleiter-Isolator-Schichtstapel herzustellen. These method steps may be performed multiple times to produce a semiconductor-insulator-layer stack.
  • [0193] [0193]
    Ein weiteres mögliches Verfahren zur Herstellung vergrabener Oxidschichten besteht darin, in eine Halbleiterschicht Gräben zu ätzen und die Halbleiterschicht anschließend in einer Was serstoffatmosphäre aufzuheizen. Another possible method for producing a buried oxide layers is to etch trenches in a semiconductor layer, and then heat the semiconductor layer in an What serstoffatmosphäre. Durch diesen Temperaturschritt entstehen aus den Gräben abgeschlossene Hohlräume in der Halbleiterschicht, die anschließend oxidiert werden. Due to this temperature step are formed from the trenches closed cavities in the semiconductor layer, which are then oxidized. Die Positionierung der einzelnen Hohlräume ausgehend von einer Oberfläche der Halbleiterschicht wird hierbei durch die Tiefe, der in die Halbleiterschicht geätzten Gräben und die Wahl des Ätzprozesses, der die Seitenwandgeometrie bestimmt, vorgegeben. The positioning of the individual cavities from a surface of the semiconductor layer is thereby determined by the depth of the etched trenches in the semiconductor layer and the choice of the etching process that determines the sidewall geometry. So werden beispielsweise beim sogenannten "Boschprozess" anisotrope und isotrope, die Seitenwand passivierende Phasen bei der Grabenätzung abwechselnd durchgeführt, was zu einer regelmäßigen Struktur der Grabenwand mit Ausbuchtungen, den sogenannten "Scallops" führt. Thus, the side wall passivating phases during the trench etching, for example, the so-called "Bosch process" anisotropic and isotropic, alternately performed, which leads to a regular structure of the grave wall with recesses, the so-called "scallops". Durch geeignete Wahl des Verhältnisses der Breiten der mit isotroper Ausbuchtungen anisotrop und damit schmaler geätzten Bereichen lässt sich das Bilden von Kammern begünstigen. By suitable choice of the ratio of the widths of the anisotropically with isotropic bulges and thus narrow the etched regions forming chambers can favor. Die Oxidation des Halbleitermaterials in den Hohlräumen mit dem Ziel, eine Isolationsschicht in dem Hohlraum herzustellen, erfordert die Herstellung eines weiteren Grabens, durch welchen die Hohlräume geöffnet werden. The oxidation of the semiconductor material in the cavities with the aim of producing an insulating layer in the cavity, requires the preparation of another trench, by which the cavities are open.
  • [0194] [0194]
    Ein zu lösendes Problem bei der Herstellung der anhand der A problem to be solved in making the reference to the 20 20 bis to 22 22 erläuterten Bauelemente, bei denen die Driftsteuerzonen described components in which the drift control zones 41 41 und die Driftzonen and the drift regions 11 11 in vertikaler Richtung übereinander liegend angeordnet sind, besteht darin, eine Anschlusselektrode, wie beispielsweise die zuvor erläuterten Anschlusselektroden are disposed lying one above another in the vertical direction, is to provide a terminal electrode, such as the aforementioned terminal electrodes 33 33 , . 34 34 der Driftsteuerzone the drift control zone 41 41 oder die die Drainelektrode or the drain electrode 32 32 des Bauelements gemäß the component according to 22 22 herzustellen, die sich ausgehend von der Vorderseite produce which, starting from the front side 101 101 in den Halbleiterkörper hineinerstrecken, und die nur jede zweite Halbleiterschicht des Schichtstapels, dh entweder nur jede Driftzone extend into the semiconductor body, and only every second semiconductor layer of the layer stack, ie either only each drift region 11 11 oder nur jede Driftsteuerzone or any drift control region 41 41 kontaktiert. contacted. Ein Verfahren, welches dieses Problem löst wird nachfolgend anhand der A method which solves this problem is below with reference to 23A 23A bis to 23F 23F für die Herstellung einer nur die Driftzonen for the preparation of a only the drift zones 11 11 kontaktierenden Drainelektrode contacted drain electrode 32 32 erläutert. explained. Das Verfahren ist dabei entsprechend auf die Herstellung der ersten und zweiten Anschlusselektroden The method is according to the manufacture of the first and second terminal electrodes 33 33 , . 34 34 der Bauelemente der the components of the 20 20 bis to 22 22 anwendbar. applicable.
  • [0195] [0195]
    23A 23A zeigt den Halbleiterkörper shows the semiconductor body 100 100 zu Beginn des Verfahrens, in dem in vertikaler Richtung v die Driftzonen at the beginning of the process, in the v in the vertical direction, the drift zones 11 11 und die Driftsteuerzonen and the drift control zones 41 41 übereinanderliegend und jeweils getrennt durch ein Akkumulationsdielektrikum one above the other and separated by an accumulation dielectric 51 51 angeordnet sind. are arranged. Erste Halbleiterschichten, die die späteren Driftzonen First semiconductor layers, the later the drift region 11 11 des Bauelements bilden, sind dabei mit dem Bezugszeichen form of the device, are with reference numeral 111 111 bezeichnet, und zweite Halbleiterschichten, die die späteren Driftsteuerzonen designates, and second semiconductor layers, the later drift control zones 41 41 des Bauelements bilden, sind dabei mit dem Bezugszeichen form of the device, are with reference numeral 141 141 bezeichnet. referred to. In den ersten Halbleiterschichten In the first semiconductor layers, 111 111 sind in vertikaler Richtung v des Halbleiterkörpers are in the vertical direction V of the semiconductor body 100 100 übereinander vertikale Isolationsschichten one above the other vertical insulating layers 57 57 angeordnet, die sich in vertikaler Richtung jeweils zwischen zwei Akkumulationsdielektrikumsschichten arranged in the vertical direction between two Akkumulationsdielektrikumsschichten 51 51 erstrecken. extend.
  • [0196] [0196]
    Bezug nehmend auf Referring to 23B 23B wird in diese Anordnung anschließend ausgehend von der Vorderseite Subsequently, in this arrangement, starting from the front side 101 101 , auf die in dem Beispiel ebenfalls eine Isolationsschicht aufgebracht ist, ein Graben Referred to in the example, an insulation layer is also applied, a trench 117 117 erzeugt, der sich in vertikaler Richtung v ausgehend von der Vorderseite generated in the vertical direction V, starting from the front side 101 101 in den Halbleiterkörper hinein erstreckt und der oberhalb oder auf der in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite untersten Dielektrikumsschicht extends in the semiconductor body and in which, starting above or on the bottom in the vertical direction of the front dielectric layer 51' 51 ' des Schichtstapels endet. of the layer stack ends. Die Herstellung des Grabens erfolgt in der ersten lateralen Richtung x beabstandet zu den Isolationsbereichen The preparation of the trench is carried out in the first lateral direction x at a distance from the isolation regions 57 57 außerhalb des Bereichs der ersten Halbleiterschichten, die die späteren Driftzonen outside the range of the first semiconductor layers, the later the drift zones 11 11 bilden. make up.
  • [0197] [0197]
    Die Herstellung des Grabens kann mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung einer die laterale Position und die lateralen Abmessungen des Grabens definierenden Ätzmaske erfolgen. The preparation of the trench can by means of an etching method using a lateral position and the lateral dimensions of the trench-defining carried etching mask.
  • [0198] [0198]
    Bezug nehmend auf Referring to 23C 23C werden anschließend mittels eines isotropen Ätzverfahrens ausgehend von Seitenwänden des Grabens subsequently by means of an isotropic etching process starting from sidewalls of the trench 117 117 die zwischen jeweils zwei Dielektrikumsschichten between two dielectric layers 51 51 liegenden Halbleiterschichten semiconductor layers 111 111 , . 141 141 in der ersten lateralen Richtung teilweise entfernt. in the first lateral direction partially removed. Bei den Halbleiterschichten, die abschnittsweise die späteren Driftzonen In the semiconductor layers, the sections later drift zones 11 11 bilden, funktionieren die vertikalen Isolationsbereiche form, function, the vertical insulation areas 57 57 als Ätzstopp, so dass im Bereich dieser Halbleiterschichten das Halbleitermaterial ausgehend von dem Graben as an etch stop, so that in the field of these semiconductor layers, the semiconductor material from the trench 117 117 nur bis zu diesen Isolationsbereichen up to those isolation regions 57 57 entfernt wird. is removed. Das Ätzverfahren wird dabei so lange durchgeführt, bis im Bereich der zweiten Halbleiterschichten The etching process is in this case carried out until in the region of the second semiconductor layer 141 141 , die die späteren Driftsteuerzonen That the later drift control zones 41 41 bilden, das Halbleitermaterial in der ersten lateralen Richtung x bis hinter die in den ersten Halbleiterschichten form, the semiconductor material in the first lateral direction x up behind the first in the semiconductor layers 111 111 angeordneten Isolationsbereiche arranged isolation regions 57 57 entfernt wurde. was removed. Im Bereich der der Isolationsbereiche In the area of the isolation regions 57 57 gegenüberliegenden Seitenwand opposite side wall 117' 117 ' des Grabens of the trench 117 117 werden die Halbleiterschichten während dieses isotropen Ätzverfahrens gleichermaßen entfernt. , the semiconductor layers during this isotropic etching equally removed.
  • [0199] [0199]
    Ergebnis dieses isotropen Ätzverfahrens ist, dass die Halbleiterschichten, die die späteren Driftzonen Result of this isotropic etching method is that the semiconductor layers, the later the drift region 11 11 bilden, in der ersten lateralen Richtung x auf einer Seite des ursprünglichen Grabens forming, in the first lateral direction X on a side of the original trench 117 117 weiter in Richtung der Aussparung ragen, als die Halbleiterschichten, die die späteren Driftsteuerzonen extend further in the direction of the recess, as the semiconductor layer, the subsequent drift control zones 41 41 bilden. make up. Ausgehend von der durch das isotrope Ätzverfahren hergestellten Aussparung Starting from the recess produced by the isotropic etching method 118 118 sind die Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 in der ersten lateralen Richtung x somit gegenüber den Driftzonen in the first lateral direction x thus against the drift zones 11 11 zurückgesetzt. reset.
  • [0200] [0200]
    Während weiterer Verfahrensschritte, deren Ergebnis in During further process steps, the result in 23D 23D dargestellt ist, werden innerhalb der durch den isotropen Ätzprozess hergestellten Aussparung is shown to be within the recess produced by the isotropic etching process 118 118 Isolationsschichten Insulating layers 58 58 , . 59 59 auf freiliegenden Bereichen der Halbleiterschichten erzeugt. formed on exposed portions of the semiconductor layers. Dies sind auf einer Seite des Grabens nur die zweiten Halbleiterschichten These are on one side of the trench only the second semiconductor layers 141 141 , die die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 bilden. make up. Die neu erzeugten Isolationsschichten sind in diesem Bereich mit dem Bezugszeichen The insulating layers newly generated in this area by the numeral 58 58 bezeichnet. referred to. Auf der gegenüberliegenden Seite der Aussparung und an nicht dargestellten, in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zueinander angeordneten Seitenwänden, werden die vertikalen Isolationsschichten an freiliegenden Bereichen der ersten und zweiten Halbleiterschichten On the opposite side of the recess and not shown, in the second lateral direction y mutually spaced side walls, the vertical insulation layers on exposed portions of the first and second semiconductor layers are 111 111 , . 141 141 hergestellt und sind in prepared and are in 23D 23D mit dem Bezugszeichen by the reference numeral 59 59 bezeichnet. referred to.
  • [0201] [0201]
    23E 23E zeigt die Anordnung nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen ausgehend von der Vorderseite shows the arrangement after further process steps, in which, starting from the front side 101 101 eine weitere Aussparung a further recess 119 119 in den Schichtstapel geätzt wird, die derart positioniert ist, dass deren eine Seitenfläche in der ersten lateralen Richtung zwischen den ursprünglich in den ersten Halbleiterschichten is etched in the layer stack, which is positioned such that its one side surface in the first lateral direction between the original in the first semiconductor layer 111 111 vorhandenen ersten vertikalen Isolationsbereichen existing first vertical isolation regions 57 57 und den später an den freiliegenden Seiten der zweiten Halbleiterschichten and later on the exposed sides of the second semiconductor layers 141 141 erzeugten zweiten vertikalen Isolationsbereichen second vertical isolation regions generated 58 58 angeordnet ist. is arranged. Die ersten vertikalen Isolationsbereiche The first vertical isolation regions 57 57 werden hierbei entfernt, wodurch die ersten Halbleiterschichten are hereby removed to give the first semiconductor layer 111 111 in der weiteren Aussparung in the further recess 119 119 frei liegen, während die zweiten Halbleiterschichten in der Aussparung exposed, while the second semiconductor layers in the recess 119 119 durch die zweiten Isolationsbereiche überdeckt sind. are covered by the second isolation regions.
  • [0202] [0202]
    Auf der den ursprünglichen ersten Isolationsbereichen On the original first isolation regions 57 57 gegenüberliegenden Seite der neu erzeugten Aussparung opposite side of the recess newly created 119 119 liegt die Seitenwand dieser Aussparung innerhalb der zweiten Isolationsbereiche is the side wall of the recess within the second isolation regions 58 58 , so dass in diesem Bereich lediglich in der ersten lateralen Richtung x verlaufende Stege der Dielektrikumsschichten So that in this area only in the first lateral direction x extending webs of dielectric layers 51 51 , jedoch kein Halbleitermaterial und auch keine der vertikalen Isolationsschichten But no semiconductor material, and also none of the vertical insulation layers 59 59 entfernt wird. is removed. Gleiches gilt an den nicht dargestellten in der zweiten lateralen Richtung y gegenüberliegenden Seiten der Aussparung The same applies to the opposite, not shown in the second lateral direction y sides of the recess 119 119 . ,
  • [0203] [0203]
    Den Abschluss des Verfahrens bildet Bezug nehmend auf The completion of the procedure makes reference to 23F 23F das Abscheiden einer Elektrodenschicht in der Aussparung depositing an electrode layer in the recess 119 119 , wodurch eine Anschlusselektrode Whereby a terminal electrode 32 32 entsteht. arises. Diese Elektrode This electrode 32 32 bildet in dem Beispiel die Drainelektrode forms in the example, the drain electrode 32 32 und kontaktiert die nach Entfernen der Isolationsbereiche and contacting the after removal of the isolation regions 57 57 an den Seitenwänden der Aussparung freiliegenden ersten Halbleiterschichten exposed on the side walls of the recess the first semiconductor layer 111 111 , die dort die Driftzonen That there the drift zones 11 11 bilden. make up. Gegenüber den zweiten Halbleiterschichten Compared to the second semiconductor layers 141 141 , die in Bereichen benachbart zu den Driftzonen That in regions adjacent to the drift region 11 11 die Driftsteuerzonen the drift control zones 41 41 bilden, ist die Elektrode form, is the electrode 32 32 durch die zweiten Isolationsbereiche by the second isolation regions 58 58 isoliert. isolated.
  • [0204] [0204]
    In nicht näher dargestellter Weise kann vor Abscheiden der Elektrodenschicht zur Herstellung der Elektrode In a manner not shown can before deposition of the electrode layer for producing the electrode 32 32 ein Implantationsverfahren durchgeführt werden, bei dem Dotierstoffatome in die freiliegenden Bereiche der Driftzonen an implant procedures are carried out in which the dopant atoms in the exposed areas of the drift zones 11 11 implantiert werden, um dadurch hochdotierte Anschlusszonen zu erzeugen. are implanted to thereby generate highly doped connection zones. Die Implantation erfolgt hierbei unter einem Winkel schräg gegenüber der Senkrechten. The implantation takes place here at an oblique angle to the vertical.
  • [0205] [0205]
    Das zuvor anhand der The above reference to the 23A 23A bis to 23F 23F erläuterte Verfahren zur Herstellung einer nur jede zweite der Halbleiterschichten kontaktierenden Anschlusselektrode kann in entsprechender Weise auch zur Herstellung der die Driftsteuerzonen -explained method of manufacturing a only every second semiconductor layers contacting the electrode terminal can in a corresponding manner also for the preparation of the drift control zones 41 41 kontaktierenden Anschlusselektroden ( contacting terminal electrodes ( 36 36 , . 37 37 in den in the 20 20 bis to 22 22 ) verwendet oder zur Herstellung der Sourceelektrode ) Is used or for the production of the source electrode 31 31 verwendet werden. be used.
  • [0206] [0206]
    Die Driftsteuerzonen The drift control zones 41 41 der bislang erläuterten Leistungshalbleiterbauelemente sind jeweils in Stromflussrichtung des Bauelements langgestreckt in der Driftzone of the previously described power semiconductor devices are elongate in each direction of current flow of the component in the drift region 11 11 ausgebildet. formed. Diese Stromflussrichtung entspricht bei einem MOSFET der Richtung zwischen der Bodyzone This current flow direction corresponds to the direction of a MOSFET between the body zone 12 12 und der Drainzone and the drain region 14 14 und stimmt bei den bislang erläuterten Ausführungsbeispielen mit der ersten lateralen Richtung x des Halbleiterkörpers and agrees with the previously described embodiments with the first lateral direction x of the semiconductor body 100 100 überein. match. In einer Richtung quer zu dieser Stromflussrichtung verlaufen die Driftsteuerzonen bei den Bauelementen gemäß der In a direction transverse to this direction of current flow, the drift control zones running in the devices according to the 1 1 bis to 17 17 und and 19 19 jeweils senkrecht zur Vorderseite respectively perpendicular to the front 101 101 des Halbleiterkörpers und bei den Ausführungsbeispielen der of the semiconductor body and in the embodiments of 20 20 bis to 22 22 jeweils parallel zur Vorderseite in each case parallel to the front 101 101 des Halbleiterkörpers. of the semiconductor body. Bei den Bauelementen gemäß der In the devices according to the 20 20 bis to 22 22 können sich die Driftsteuerzonen in der zweiten lateralen Richtung y bis zu einem Rand des Halbleiterkörpers bzw. einem Randabschluss des Halbleiterkörpers erstrecken. the drift control zones in the second lateral direction y may extend to an edge of the semiconductor body and an edge termination of the semiconductor body.
  • [0207] [0207]
    Bezug nehmend auf die nachfolgend erläuterten Explained with reference to the following 24 24 bis to 31 31 sind auch Kombinationen der bislang erläuterten Geometrien der Driftsteuerzonen are combinations of the previously described geometries of the drift control zones 41 41 anwendbar. applicable. Die The 24 24 bis to 31 31 zeigen in perspektivischer Darstellung jeweils einen Abschnitt der Driftzonen show in perspective a respective portion of the drift zones 11 11 und Driftsteuerzonen and drift control zones 41 41 eines Leistungshalbleiterbauelements. a power semiconductor component.
  • [0208] [0208]
    Bezug nehmend auf die Referring to 24A 24A und and 24B 24B können die Driftsteuerzonen can drift control zones 41 41 streifenförmig ausgebildet und in der Driftzone strip and is in the drift region 11 11 umgeben von dem Akkumulationsdielektrikum surrounded by the accumulation dielectric 51 51 angeordnet sein. be located. Akkumulationskanäle können sich bei diesem Bauelement in der Driftzone Accumulation channels may in this component in the drift region 11 11 sowohl in vertikaler Richtung oberhalb und unterhalb der Driftsteuerzonen both in the vertical direction above and below the drift control zones 41 41 , als auch in lateraler Richtung benachbart zu den Driftsteuerzonen As well as in the lateral direction adjacent to the drift control zones 41 41 ausbilden. form.
  • [0209] [0209]
    Der Halbleiterkörper The semiconductor body 100 100 kann in bekannter Weise ein Halbleitersubstrat may in a known manner, a semiconductor substrate 103 103 und eine auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte Halbleiterschicht and a coating applied to the semiconductor substrate semiconductor layer 104 104 umfassen, wobei das Substrat comprising, wherein the substrate 103 103 und die Halbleiterschicht and the semiconductor layer 104 104 komplementär zueinander dotiert sein können oder vom gleichen Leitungstyp sein können. can be doped complementary to each other or can be of the same conductivity type. Eine Grunddotierung dieser Halbleiterschicht A basic doping of the semiconductor layer 104 104 kann hierbei der Dotierung der Driftzone in this case, the doping of the drift region 11 11 entsprechen. comply with.
  • [0210] [0210]
    Bezug nehmend auf Referring to 25 25 kann optional eine Isolationsschicht can optionally an insulating layer 105 105 zwischen dem Halbleitersubstrat between the semiconductor substrate 103 103 und der Halbleiterschicht and the semiconductor layer 104 104 angeordnet sein, die damit die Driftzone be arranged so that the drift region 100 100 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert. isolated.
  • [0211] [0211]
    Bei den Bauelementen gemäß der In the devices according to the 24 24 und and 25 25 ist die ausgehend von der Vorderseite is the starting of the front 101 101 unterste Driftsteuerzone lowest drift control region 41 41 beabstandet zu dem Halbleitersubstrat a distance from the semiconductor substrate 103 103 angeordnet. arranged. Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß A modification of the embodiment of 24 24 , bei der die unterste Driftsteuerzone Wherein the lowest drift control region 41 41 bis an das Halbleitersubstrat up to the semiconductor substrate 103 103 reicht, ist in sufficient in 26 26 dargestellt. shown. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen der untersten dieser Driftsteuerzonen In this embodiment, is between the lowermost this drift control zones 41 41 und dem Halbleitersubstrat and the semiconductor substrate 103 103 eine Isolations schicht vorhanden, die diese Driftsteuerzone gegen das Halbleitersubstrat an insulation layer present, this drift control zone against the semiconductor substrate 103 103 isoliert. isolated.
  • [0212] [0212]
    27 27 zeigt eine Abwandlung der in shows a modification in the 26 26 dargestellten Anordnung. arrangement shown. Hierbei sind die Driftzonen Here, the drift region 11 11 streifenförmig ausgebildet und in der Driftsteuerzone strip and is in the drift control zone 41 41 angeordnet. arranged. Zwischen der Driftsteuerzone Between the drift control zone 41 41 und den Driftzonen and the drift zones 11 11 ist entsprechend das Akkumulationsdielektrikum is in accordance with the accumulation 51 51 vorhanden. available. Wenigstens zwischen der Driftsteuerzone At least between the drift control zone 41 41 und dem Halbleitersubstrat and the semiconductor substrate 103 103 ist hierbei eine Isolationsschicht here is an insulation layer 52 52 angeordnet, während eine unterste der Driftzonen arranged during a bottom of the drift zones 11 11 sich unmittelbar an das Halbleitersubstrat directly to the semiconductor substrate 103 103 anschließt. connects. Das Halbleitersubstrat The semiconductor substrate 103 103 kann dabei vom gleichen Leitungstyp oder von einem zu der untersten Driftzone can the same conductivity type or from a lower to the drift zone 11 11 komplementären Leitungstyp sein. be complementary conductivity type. Optional kann hierbei eine weitere Isolationsschicht zwischen der untersten Driftzone Optionally, in this case a further insulation layer between the lowest drift region 11 11 und dem Halbleitersubstrat and the semiconductor substrate 103 103 vorgesehen werden (nicht dargestellt). be provided (not shown).
  • [0213] [0213]
    Bei den zuvor erläuterten streifenförmigen Ausgestaltungen der Driftsteuerzonen In the above-described embodiments of the strip-shaped drift control zones 41 41 oder der Driftzonen or the drift zones 11 11 sind die Abmessungen dieser Zonen are the dimensions of these zones 41 41 , . 11 11 in der zweiten lateralen Richtung y größer als in vertikaler Richtung, woraus eine streifenförmige Geometrie dieser Bauelementzonen resultiert. in the second lateral direction y is greater than in the vertical direction, resulting in a strip-shaped geometry of this component zones results. Alternativ kann die streifenförmige Ausgestaltung auch dadurch erreicht werden, dass die Abmessungen der Zonen Alternatively, the strip-shaped configuration can also be achieved in that the dimensions of the zones 41 41 , . 11 11 in der vertikalen Richtung größer sind als in der zweiten lateralen Richtung y. are larger in the vertical direction than in the second lateral direction y.
  • [0214] [0214]
    Die The 28A 28A und and 28B 28B zeigen eine Abwandlung des in show a modification of the in 25 25 dargestellten Bauelements, wobei die Driftsteuerzonen component illustrated, the drift control zones 41 41 hierbei "balkenförmig" realisiert sind, dh in einer durch die vertikale Richtung v und die zweite laterale Richtung y gebildeten Schnittebene einen wenigstens annähernd quadratischen Querschnitt besitzen. In this case are realized "bar-shaped", ie have an at least approximately square cross-section in a sectional plane v through the vertical direction and the second lateral direction y is formed. In der ersten lateralen Richtung x sind diese Driftsteuerzonen entsprechend langgestreckt ausgebildet. In the first lateral direction x, this drift control regions are respectively formed elongate.
  • [0215] [0215]
    Eine in One in 28A 28A dargestellte Isolationsschicht insulation layer shown 105 105 zwischen dem Halbleitersubstrat between the semiconductor substrate 103 103 und der Halbleiterschicht and the semiconductor layer 104 104 bzw. der Driftzone and the drift region 11 11 ist optional vorhanden. is optionally available. Das Halbleitersubstrat The semiconductor substrate 103 103 kann vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone can the same conductivity type as the drift zone 11 11 oder komplementär zu dieser Driftzone or complementary to the drift region 11 11 dotiert sein. be doped.
  • [0216] [0216]
    Die The 29A 29A , . 29B 29B zeigen eine Abwandlung der Anordnung gemäß show a modification of the arrangement according 28 28 , wobei die Driftzonen Wherein the drift region 11 11 hierbei eine balkenförmige Geometrie aufweisen und getrennt durch das Akkumulationsdielektrikum in this case have a bar-shaped geometry and separated by the accumulation 51 51 sowohl in vertikaler als auch lateraler Richtung von der Driftsteuerzone both in vertical and lateral direction of the drift control zone 41 41 umgeben sind. are surrounded. Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 ist hierbei durch die weitere Isolationsschicht here is the additional insulation layer 52 52 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert. isolated. Das Halbleitersubstrat kann hierbei von einem zu der Driftsteuerzone The semiconductor substrate may in this case from one control zone to the drift 41 41 gleichen Leitungstyp oder komplementären Leitungstyp sein. be the same line type or complementary conductivity type.
  • [0217] [0217]
    Bei der Anordnung gemäß der In the arrangement according to the 30 30 ist die Driftsteuerzone is the drift control region 41 41 in der ersten lateralen Richtung x langgestreckt ausgebildet und weist eine derartige Geometrie auf, dass das Akkumulationsdielektrikum x elongated formed in the first lateral direction and has a geometry such that the accumulation 51 51 in der vertikalen Richtung v eine mäanderartige Geometrie aufweist. in the vertical direction v has a meander geometry. Die Driftsteuerzone The drift control region 41 41 ist hierbei getrennt durch das Akkumulationsdielektrikum here is separated by the accumulation 51 51 vollständig von der Driftzone completely from the drift region 11 11 umgeben. surrounded. Die Driftzone The drift region 11 11 und die Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 sind in der Halbleiterschicht are in said semiconductor layer 104 104 angeordnet, die oberhalb des Halbleitersubstrat arranged that above the semiconductor substrate 103 103 angeordnet ist und die optional mittels einer Isolationsschicht is disposed, and the optional means of an insulation layer 105 105 gegenüber dem Halbleitersubstrat over the semiconductor substrate 103 103 isoliert ist. is isolated.
  • [0218] [0218]
    31 31 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gemäß shows a modification of the arrangement according 30 30 , bei der die Driftzone Wherein the drift region 11 11 von der Driftsteuerzone of the drift control zone 41 41 umgeben ist und bei der die Driftzone is surrounded and in which the drift region 11 11 eine solche Geometrie aufweist, dass das zwischen der Driftzone has a geometry such that the drift region between the 11 11 und der Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 angeordnete Akkumulationsdielektrikum arranged accumulation dielectric 51 51 in vertikaler Richtung v eine mäanderartige Geometrie aufweist. v has a meandering geometry in the vertical direction.
  • [0219] [0219]
    Eine solche mäanderartige Geometrie des Akkumulationsdielektrikums ist insofern vorteilhaft, da bei einem gegebenen Volumen des zur Realisierung der Driftzone Such a meander-like geometry of the Akkumulationsdielektrikums is advantageous in that for a given volume of the realization of the drift region 11 11 und der Driftsteuerzone and the drift control zone 41 41 benötigten Halbleitermaterials eine große Fläche des Akkumulationsdielektrikums required semiconductor material, a large area of the Akkumulationsdielektrikums 51 51 und damit eine große Breite des sich bei leitend angesteuertem Bauelement ausbildenden Akkumulationskanals realisierbar ist. and thus a large width of the forming when the component accumulation channel is realized.
  • 11 11
    Driftzone Drift region
    12 12
    Bodyzone Body Zone
    13 13
    Sourcezone Source zone
    14 14
    Drainzone Drain region
    15 15
    Inversionskanal Inversion channel
    16 16
    Akkumulationskanal Accumulation channel
    21 21
    Gateelektrode Gate electrode
    22 22
    Gatedielektrikum Gate dielectric
    23, 24 23, 24
    Isolationsschichten Insulating layers
    31 31
    Sourceelektrode Source electrode
    32 32
    Drainelektrode Drain
    33, 34 33, 34
    Anschlusselektroden Terminal electrodes
    35 35
    Anschlussverbindung Terminal connection
    41 41
    Driftsteuerzone Drift control region
    42-44 42-44
    Anschlusszonen Junction zones
    51 51
    Akkumulationsdielektrikum Accumulation dielectric
    52-59 52-59
    Isolationsschichten Insulating layers
    61, 62 61, 62
    Dioden Diodes
    63 63
    Kapazität Capacity
    64, 65, 66 64, 65, 66
    Dioden Diodes
    71 71
    Schottky-Metall Schottky metal
    72 72
    Schottky-Übergang Schottky junction
    100 100
    Halbleiterkörper Semiconductor body
    101 101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers Front side of the semiconductor body
    102 102
    Rückseite des Halbleiterkörpers Rear side of the semiconductor body
    103 103
    Halbleitersubstrat Semiconductor substrate
    104 104
    Halbleiterschicht Semiconductor layer
    105 105
    Isolationsschicht Insulation layer
    106 106
    Aussparung der Isolationsschicht Recess of the insulation layer 105 105
    107 107
    Aussparung Recess
    111 111
    Halbleiterschicht, spätere Driftzone Semiconductor layer, subsequent drift zone 11 11
    117-119 117-119
    Aussparungen, Gräben Recesses, grooves
    117' 117 '
    Seitenwand Side wall
    141 141
    Halbleiterschicht, spätere Driftsteuerzone Semiconductor layer, subsequent drift control region 41 41
    200 200
    Ätzmaske Etching mask
    17 17
    Verbindungszone Connecting zone
    19 19
    Dotierte Halbleiterzone Doped semiconductor region
    26 26
    Verbindungszone Connecting zone
    27 27
    Halbleiterzone Semiconductor zone
    28 28
    Verbindungszone Connecting zone
    29A, 29B 29A, 29B
    Feldzonen Field zones
Citas de patentes
Patente citada Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
DE4309764A1 *25 Mar 199329 Sep 1994Siemens AgPower MOSFET
DE102004041198A1 *25 Ago 20042 Mar 2006Infineon Technologies Austria AgLateral semiconductor component to act as a field-effect transistor has a semiconductor body with first and second sides forming front and rear sides respectively
EP0073123A2 *12 Ago 19822 Mar 1983National Research Development CorporationBlood pressure measurement
EP1300886A2 *16 Ago 20029 Abr 2003Power Integrations, Inc.High-voltage semiconductor devices
GB2089118A * Título no disponible
US4754310 *4 Dic 198428 Jun 1988U.S. Philips Corp.High voltage semiconductor device
US4903189 *27 Abr 198820 Feb 1990General Electric CompanyLow noise, high frequency synchronous rectifier
US4941026 *26 Ago 198810 Jul 1990General Electric CompanySemiconductor devices exhibiting minimum on-resistance
US5216275 *17 Sep 19911 Jun 1993University Of Electronic Science And Technology Of ChinaSemiconductor power devices with alternating conductivity type high-voltage breakdown regions
US5237193 *24 Jun 198817 Ago 1993Siliconix IncorporatedLightly doped drain MOSFET with reduced on-resistance
US5438215 *25 Mar 19941 Ago 1995Siemens AktiengesellschaftPower MOSFET
US5844272 *25 Jul 19971 Dic 1998Telefonaktiebolaet Lm EricssonSemiconductor component for high voltage
US6555873 *7 Sep 200129 Abr 2003Power Integrations, Inc.High-voltage lateral transistor with a multi-layered extended drain structure
US6717230 *27 Ago 20026 Abr 2004Fairchild Semiconductor CorporationLateral device with improved conductivity and blocking control
US6853033 *4 Jun 20028 Feb 2005National University Of SingaporePower MOSFET having enhanced breakdown voltage
US20030073287 *17 Oct 200117 Abr 2003Fairchild Semiconductor CorporationSemiconductor structure with improved smaller forward voltage loss and higher blocking capability
Citada por
Patente citante Fecha de presentación Fecha de publicación Solicitante Título
US788022425 Ene 20081 Feb 2011Infineon Technologies Austria AgSemiconductor component having discontinuous drift zone control dielectric arranged between drift zone and drift control zone and a method of making the same
US80978809 Abr 200917 Ene 2012Infineon Technologies Austria AgSemiconductor component including a lateral transistor component
US846164827 Jul 200611 Jun 2013Infineon Technologies Austria AgSemiconductor component with a drift region and a drift control region
US896324415 May 201324 Feb 2015Infineon Technologies Austria AgSemiconductor device, integrated circuit and method of manufacturing a semiconductor device
US905418114 Mar 20139 Jun 2015Infineon Technologies AgSemiconductor device, integrated circuit and method of manufacturing a semiconductor device
US919051111 Jun 201317 Nov 2015Infineon Technologies Austria AgSemiconductor component with a drift region and a drift control region
Clasificaciones
Clasificación internacionalH01L29/73, H01L29/78, H01L29/861
Clasificación cooperativaH01L29/7817, H01L29/0696, H01L29/7816, H01L29/0623, H01L29/7825, H01L29/0615, H01L29/66681, H01L29/0634, H01L29/872, H01L29/7824, H01L29/407, H01L29/0653, H01L29/7818
Clasificación europeaH01L29/66M6T6F14L, H01L29/06B2B3R2, H01L29/872, H01L29/78B4A2, H01L29/78B4, H01L29/78B4N, H01L29/78B4A, H01L29/40P6, H01L29/06B3C2, H01L29/78B4T
Eventos legales
FechaCódigoEventoDescripción
6 Sep 2007OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
13 Dic 20078180Miscellaneous part 1
Free format text: FOLGENDE DRUCKSCHRIFTEN WURDEN BERICHTIGT: US 447 54 310 IN 47 54 310 UND DIE EP 00 73 123 IN EP 1073 123.
29 Sep 2011R018Grant decision by examination section/examining division
29 Dic 2011R130Divisional application to
Ref document number: 102006062936
Country of ref document: DE
Effective date: 20111104
12 Jul 2012R082Change of representative
16 Ago 2012R020Patent grant now final
Effective date: 20120510